Sistemas de información geográfica Unidad 1
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Sistemas de información geográfica Unidad 1
Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Carrera: Ingeniería en Tecnología Ambiental 5° Cuatrimestre Programa de la asignatura: Sistemas de información Geográfica Clave: 180920517 170920517 Universidad Abierta y a Distancia de México Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 1 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica II. Desarrollo de contenidos por unidad Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica ............................................................ 4 Presentación de la unidad .............................................................................................. 4 Propósitos de la unidad .................................................................................................. 5 Competencia específica ................................................................................................. 5 1.1. Conceptos y fundamentos de los Sistemas de Información Geográfica................... 5 Actividad 1. Dudas y consultas en el SIG ....................................................................... 6 1.1.1. Historia de los SIG ............................................................................................ 7 1.1.2. Evolución de los SIG ....................................................................................... 11 1.1.3. Componentes de los SIG ................................................................................ 13 Actividad 2. Términos geográficos, cartográficos y de los SIG .................................... 14 1.2. Sistemas de bases de datos.................................................................................. 15 1.2.1. Modelos y estructura de datos ........................................................................ 18 1.2.2. Modelo de datos raster y vector ...................................................................... 21 1.2.3. Representación de los datos con modelos raster y vector .............................. 27 1.2.4. Modelos de elevación digital (MED) ................................................................ 28 1.2.5. Base de datos geográficos .............................................................................. 31 Actividad 3. Base de datos biológica ............................................................................ 35 1.2.6. Tecnología GPS.............................................................................................. 36 1.3. Proyecciones cartesianas ...................................................................................... 38 1.3.1. Sistema de proyección cartográfica ................................................................ 39 1.3.2. Sistemas de referencia geográfica .................................................................. 45 1.3.3. Sistemas de coordenadas ............................................................................... 46 1.4. Elementos cartográficos ........................................................................................ 48 1.4.1. Introducción a la cartografía ............................................................................ 49 1.4.2. Tipos de mapas .............................................................................................. 50 Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 2 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 1.4.3. Mapas topográficos ......................................................................................... 50 1.4.4. Mapas temáticos: geológico, edafológico, clima, vegetación y uso del suelo .. 53 1.4.5. Elementos del mapa ....................................................................................... 57 Actividad 4. Tipos de mapas ........................................................................................ 60 1.4.5. Sobreposición cartográfica .............................................................................. 60 1.5. Los Software para SIG .......................................................................................... 61 1.5.1. Principales software para SIG ......................................................................... 63 1.5.2. Aplicaciones de los SIG .................................................................................. 65 1.5.3. Software libre .................................................................................................. 67 Autoevaluación............................................................................................................. 71 Evidencia de aprendizaje. Visualización conjunta de la información cartográfica ......... 71 Autorreflexión ............................................................................................................... 72 Para saber más ............................................................................................................ 73 Cierre de la unidad ....................................................................................................... 74 Fuentes de consulta ..................................................................................................... 74 Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 3 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Presentación de la unidad Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) son producto de una tecnología nueva que forma parte del ámbito más extenso de los Sistemas de Información, en donde resulta esencial la disponibilidad rápida de información para resolver problemas y contestar preguntas en forma inmediata. Los SIG permiten gestionar y analizar la información espacial, por lo que se han formado en una alta tecnología principalmente para los expertos en ciencias ambientales que tienen como objeto de estudio al territorio. Son herramientas sofisticadas multipropósito que permiten gestionar y analizar la información espacial de manera rápida para distintos campos de estudio (Peña Llopis, 2006); por ejemplo: planificación urbana, gestión catastral, medio ambiente, ordenamiento del territorio, riesgos geológicos, atmosféricos y antrópicos, planificación del transporte, mantenimiento y gestión de redes públicas, análisis de mercados entre otros. En esta unidad podrás conocer qué son los Sistemas de información geográfica, así como su historia, evolución y componentes. Podrás revisar que es una base de datos y sus principales modelos de representación (raster y vector). Otra de las temáticas importantes que podrás observar son las proyecciones cartesianas y sus sistemas de proyección cartográfica, de referencia geográfica y de coordenadas. También consultarás los principales elementos cartográficos en un mapa, los tipos de mapas temáticos y topográficos y conocer que es la sobreposición cartográfica. Y por último revisarás cuáles son los principales software para SIG, sus aplicaciones de los SIG y observarás que software utilizarás a lo largo de la asignatura. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 4 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Propósitos de la unidad Al finalizar la primera unidad serás capaz de: Identificar los conceptos y fundamentos de los SIG y discriminar sus componentes y usos. Clasificar los tipos de datos geográficos. Reconocer las herramientas para la captura de datos. Diferenciar los sistemas de proyección cartográfica, coordenadas y sistemas de referencia. Identificar los elementos cartográficos. Competencia específica Identificar los fundamentos de los sistemas de información geográfica para la interpretación y representación de los datos, mediante la comprensión de los elementos cartográficos. 1.1. Conceptos y fundamentos de los Sistemas de Información Geográfica El término de sistemas de información geográfica (SIG) está ampliamente distribuido entre los expertos que trabajan en las ciencias ambientales o en la resolución de problemas socioeconómicos. Sin embargo, no es sencillo definir lo que es un SIG. Hay tantas definiciones como autores que escriben sobre el mundo de los SIG: En los años 90, los SIG se consideraban únicamente como un sistema de información diseñado para trabajar datos georreferenciados mediante coordenadas geográficas. A partir del 2000, se consideraban como un conjunto de programas diseñados para representar y gestionar un gran número de datos sobre aspectos específicos del mundo real. Por lo cual, se entiende que un SIG es la unión de la Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 5 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica información geográfica y las herramientas informáticas como son el hardware, software para su análisis con objetivos concretos (Peña Llopis, 2008). Estos programas tienen la capacidad de manejar información referida geográficamente, de manera que puede conocerse cualquier atributo (información específica de un punto, por ejemplo, coordenadas, nombre del lugar, temperatura, humedad) de un determinado lugar de la superficie terrestre. Estos atributos al estar referidos geográficamente pueden ser valorizados fácilmente en forma ponderada. Lo que pone en desventaja a los mapas tradicionales que reflejan algunos atributos o características para una porción de terreno, estos atributos se ven únicamente en dos dimensiones en la hoja de papel y se vuelven obsoletos desde el momento que se imprimen, mientras que al tener la información digital se actualiza periódicamente y se obtienen mapas actualizados, por ejemplo, para ver como evoluciona un fenómeno atmosférico (Harvey, 2008). En un SIG se almacena información cartográfica y por eso es posible observar la localización exacta de cada elemento en el espacio con respecto a otros elementos. También almacena información alfanumérica (secuencia de caracteres con letras y números, por ejemplo 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D…, sin considerar a la letra Ñ), representa las características o atributos de cada elemento geográfico. El hecho de trabajar con información espacial, es lo que diferencia a los SIG de otros sistemas de información. Actividad 1. Dudas y consultas en el SIG Esta actividad te permitirá aclarar las dudas sobre los conceptos básicos del manejo y aplicaciones de los SIG y de cartografía básica para estudios ambientales. Es importante que tengas el conocimiento de que este espacio estará disponible durante toda la asignatura, para que desarrolles tus cuestionamientos. Por lo tanto deberás realizar lo siguiente: Describe de manera clara las dudas o comentarios que tengas acerca de las temáticas de esta asignatura. Consulta constantemente los comentarios elaborados por tus compañeros(as), ya que éstos te podrán ayudar a resolver tus dudas. Comente y fortalece las aportaciones de tus compañeros(as) con tu opinión para resolver sus dudas. *Recuerda que tu Facilitador(a) estará pendiente de retroalimentarte y será el mediador de este espacio. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 6 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 1.1.1. Historia de los SIG La historia de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) se remonta al siglo XIX con la aparición de los primeros intentos de automatizar las máquinas, precursores remotos de las computadoras y sistemas complejos. Los grandes eventos que dieron pauta a la formación de los SIG y se dividen en tres grandes eras: Innovación, Comercialización y Explotación, para ello observa la siguiente tabla. En cada era se identificaron cinco tipos de eventos que marcaron la historia de los SIG: Tecnológicos, académicos, aplicación, generales y comerciales. AÑO TIPO ERA DE LA INNOVACIÓN EVENTO CARACTERÍSTICAS 1804 Tecnológico 1822 Tecnológico máquina textil automatizada máquina diferencial 1890 Tecnológico Programa 1936 Tecnológico Calculador Electromagnético Z1 Tecnológico EDVAC 1951 Tecnológico UNIVAC 1 (Universal Automatic Computer) 1957 Aplicación 1963 Tecnológico Elaboración de la primera cartografía automatizada Desarrollo del CGIS (Canadian Joseph Marie Jacquard, automatizó la tejedora textil. Charles Babbage, creó la máquina diferencial que permitió realizar operaciones aritméticas automáticas en secuencias diferentes, con elementos básicos de un procesador moderno. Herman Hollerith, diseñó un programa para organizar, resumir y representar una base de datos de la población por ciudad, dirección y sexo. Este método fue utilizado para la realización del censo de 1890 de Estados Unidos. Konrad Zause, construyó el calculador electromagnético denominado Z1 usando el principio de la computadora moderna: la representación binaria. Primer computadora lógica que calculaba y trabajaba con bases de datos de millones de datos que organizaban y transformaban generando nueva información. La compañía Ramington Rand, desarrolló la primera computadora comercial que realizaba el procesamiento de datos alfanuméricos y el uso de programas. Producido por biólogos británicos y meteorólogos suizos. Desarrollo del Sistema de Información Geográfica de Canadá, desarrollado por Roger Tomlinson y Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 7 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Geographic Information System). 1963 General URISA (Urban and Regional Information System) 1964 Académico Laboratorio establecido en Harvard 1967 Tecnológico Desarrollo de DIME (Dual Independent Map Encoding) 1967 Académico y general Formación de ECU (Experimental Cartography Unit) 1969 Comercial 1969 Comercial Formación de la Incorporación ESRI (Environmental Systems Research Institute) Formación de la corporación intergraph 1969 Académico Diseño con naturaleza pública 1969 Académico Primer libro de texto técnico de SIG 1972 Tecnológico Lanzamiento de Landsat 1 1973 General 1974 Académico Primera producción automatizada en línea Primera conferencia de Cartografía digital otros colegas para el inventario forestal de Canadá. Este proyecto fue el primero que introdujo el término GIS (Geographic Information System). Se crea la asociación de sistema de información urbana y regional fundada en Estados Unidos y se convierte en punto de intercambio para los innovadores SIG. El laboratorio para Gráficas Computadorizadas y Análisis Espacial se estableció bajo el nombre de Howard Fisher y Universidad de Harvard. En 1966, se creó el SYMAP, primer SIG en formato raster. Estados Unidos desarrolló (DIME-GBF) Mapas de codificación dual independiente a partir de una base de datos geográficos de direcciones de la calle para el censo de 1970. En Reino Unido surge la primera organización en las áreas de cartografía automatizada y SIG. Jack Dangermond, estudiante del laboratorio de Harvard y su esposa Laura formaron ESRI para emprender proyectos en GIS. Jim Meadlock y otras 4 personas trabajaron sobre los sistemas guía para los cohetes Saturno y formaron la la corporación M & S de computación, posteriormente renombrada intergraph. Ian McHarg's, saca el primer libro donde describe varios de los conceptos del análisis de SIG e incluye el concepto de superposición de mapas. Nordbeck y Rystedt's en su libro detallan los algoritmos y el software desarrollado para análisis espacial. Originalmente nombrado ERTS (Earth Resources Technology Satellite), fue el primero de los grandes satélites de sensores remotos Agencia de cartografía nacional británica En Held y Reston, Virginia, se llevó a cabo la primera de una serie de conferencias científicas de Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 8 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 1976 Académico GIMMS usado alrededor del mundo 1977 Académico Estructura de datos topológicos SIG. Tom Waugh, académico escocés, escribió el sistema de mapeo y análisis a partir del sistema vector y se corrió en 300 sitios alrededor del mundo. El laboratorio de Harvard organizó una de las más grandes conferencias y desarrolló el ODYSSEY GIS. ERA DE LA COMERCIALIZACIÓN 1981 Comercial 1982. Lanzamiento de ArcInfo Desarrollo de GRASS 1984 Académico 1985 Tecnológico 1986 Académico 1987 Comercial 1987 Académico Publicación de lecturas básicas de sistemas de información geográfica Operación de GPS Publicación de Principios de Sistemas de Información Geográfica para el uso de recursos Se forma la corporación MapInfo Lanzamiento de la primera revista internacional científica: International Journal of Geographical Information Systems ArcInfo, fue el primer software comercial de SIG, diseñado para minicomputadoras está basado sobre un modelo vector y una base de datos relacional. Fue el nuevo punto de partida para la industria. Ingenieros del Laboratorio de Investigación de Ingeniería de la Construcción del Ejército de los Estados Unidos (USA-CERL) desarrolló GRASS como herramienta para supervisión y gestión del medio ambiente de Estados Unidos. Primera colección de artículos publicados en el libro de Duane Marble, Hugh Calkins y Donna Peuquet, fue la primera fuente de información accesible acerca de los SIG. El sistema de posicionamiento global proporcionó una mejor fuente de datos para la navegación, prospección y mapeo. El libro de Peter Burrou es el primer libro especializado sobre los principios de SIG. Se desarrolló el primer software para escritorio. Definió un nuevo producto estándar para SIG que complementó a los sosftware anteriores. Terry Coppock y otros publicaron la primera revista sobre SIG. Los primeros participantes fueron: Estados Unidos, Canadá Alemania, y Reino Unido. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 9 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica (IJGI) MundoSIG (GISWorld) 1988 General 1988 Tecnología 1988 Académico 1991 Académico Publicación de libro (2 volúmenes) 1992 Técnico DCW 1994 General Consorcio OpenGis 1995 General 1996 Tecnológico Primer mapeo nacional completo de Gran Bretaña Productos de SIG introducidos a partir de internet 1996 Comercial MapQuest 1999 General GIS Day TIGER (Topologically Integrated Geographic Encoding and Referencing) Estados Unidos y Reino Unido forman centros de investigación MundoSIG, ahora MundoGeo (GeoWorld), es la primera revista mundial dedicada a los SIG y fue publicada en Estados Unidos. Es la continuación de DIME. TIGER es un SIG de bajo costo y ayudó a procesar datos en forma rápida. Iniciativas en forma separada la NCGIA (National Center for Geographic Information and Analysis) de Estados Unidos, y RRL (Regional Research Laboratory) en Reino Unido la academia muestra su interés por los SIG. Publicación del compendio Geographical Information Systems: principles and applications, editado por David Maguire, Mike Goodchild y David Rhin. La elaboración de mapas digitales del mundo de 1.7 GB, fue patrocinada por la agencia de cartografía de defensa de Estados Unidos (actualmente NGA) es el primer sistema integrado de base de datos a escala 1:1 millón ofreciendo una cobertura global. Se forma el consorcio OpenGIS de vendedores de SIG, agencias gubernamentales y usuarios Se hace una base de datos completa y se elaboran 230,000 mapas cubriendo la ciudad a escalas diferentes: 1:1,250, 1:2,500 y 1:10,000. Varias compañías como: Autodesk, ESRI, Intergraph y Mapinfo, lanzaron una nueva generación de productos en Internet al mismo tiempo. Servicio de mapeo publicado en Internet, produciendo más de 130 millones de mapas en 1999. Después fueron comprados por AOL en $1.1 billones de dólares. Primer SIG que tiene 1.2 millones de participantes de todo el mundo. ERA DE LA EXPLOTACIÓN 1999 IKONOS Una nueva generación de sensores satelitales de alta resolución IKONOS. (Satellite imaging corporation, 2012) Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 10 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 2000 GIS pasan a $7 millones 2000 GIS tiene 1 millón de usuarios 2002 Lanzamiento en línea del atlas Nacional de Estados Unidos Lanzamiento del one-stop geoespacial 2003 2004 2006 2007 2007 2008 General Formación de la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial (NGA) Lanzamiento de Google Earth La incorporación Pitney Bowes, compra MapInfo NavTech comprado por Nokia TeleAtlas comprado por Tom Industria analista Daratech lanza hardware y software para SIG y servicios para la industria en $ 6.9 millones, creciendo a más del 10% por año. Los SIG tienen más de 1 millón de usuarios y 5 millones de usuarios que consultan información geográfica. Información geográfica nacional en línea de E.U con facilidades para la elaboración de mapas. Una iniciativa del gobierno Federal de E.U. para facilitar el acceso a los datos geoespaciales y la información. La agencia NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) pone énfasis sobre la geo-inteligencia usando los SIG. Primer globo virtual – aplicación en la Web basada en un SIG 3D más de 150 millones lo instalaron en los primeros doce meses. Fabricante de máquinas de correo compra la corporación MapInfo por $ 408 millones de dólares. La compañía de telefonía celular compró la información de las calles por $8.1 billones de dólares. Los nuevos consumidores de SIG compraron las bases de datos de las calles por 2.9 billones de dólares. Grandes eventos en la historia de los SIG. Basada en Longley, Goodchild, Maguire y David (2011) Los GIS hoy en día son un componente central para dar estructura a la información ambiental y podrían jugar el primer rol tecnológico para continuar cumpliendo este objetivo. 1.1.2. Evolución de los SIG En cuanto a los aspectos generales de la evolución de los SIG se menciona que son una tecnología muy reciente y se considera el primer sistema de información geográfica que se remonta a 1963 cuando se creó el primer SIG (CGIS) por Tomlinson y Cols (ver tabla anterior). A partir de este año instituciones de varios países empezaron a ver a los SIG como una herramienta para la gestión y el análisis de información geográfica o espacial. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 11 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica En la evolución de los SIG se identifican cuatro periodos desde un punto de vista comercial y de usuarios. El primer periodo va de la década de los sesenta hasta 1975. En esta primera etapa las aplicaciones más usuales estaban referidas a la producción cartográfica. Durante estos primeros años de evolución, se busca computarizar ciertos desarrollos en el campo de la información espacial. Por ejemplo, la técnica de la superposición manual de mapas propuesta por Mc Harg considerada una de las bases principales del modelado espacial en el campo de los SIG. El segundo periodo abarca desde 1973 hasta principios de 1980. En esta etapa se desarrolla la regularización, experimentación y práctica, impulsada por agencias nacionales. Se lograron importantes avances en el diseño y configuración de los sistemas. Aparecen las primeras estructuras de datos topológicas para representar los datos espaciales, pero en este periodo la atención de los usuarios y gestores de los SIG aún no se orientaba al desarrollo de aplicaciones de análisis porque continuaba la tendencia de la cartografía automatizada enfatizando la descripción de los atributos y obteniendo mejores resultados analógicos, es decir, mejores mapas impresos. El tercer periodo va aproximadamente de 1982 hasta finales de los ochenta, se define como una etapa de dominación comercial y surgen empresas importantes enfocadas a la generación de SIG, por ejemplo, ESRI, Intergraph, Siemens o Erdas. Algunos laboratorios de instituciones educativas desarrollan sus propios programas, como son: ODYSSEY, del laboratorio de la Universidad de Harvard, MAP de la Universidad de Yale e IDRISI de la Universidad de Clark (Longley, et al. 2011). En este periodo la disponibilidad para adquirir un SIG con características diferentes y costos genera un importante mercado, dado el interés que muestran los altos niveles en campo de la gestión de la información espacial. A mediados de los años ochenta, la fusión de la tecnología informática, con productos baratos y potentes impulsó notablemente los paquetes de SIG. En este periodo se inician aplicaciones en SIG relacionados con la modelación geográfica. El cuarto y último periodo abarca de los años noventa a la fecha y está dominado por los usuarios debido a la competencia comercial y estandarización de SIG abiertos a internet. En este periodo, los SIG son vistos por los usuarios como una herramienta de análisis para la toma de decisiones y se manifiesta en la creciente divulgación de las aplicaciones de los SIG mediante las publicaciones científicas y comerciales internacionales. Por último, se puede mencionar que a través de los SIG, se busca la integración de la información geográfica a escala mundial, así como una comunicación virtual para acceder a los datos espaciales a través de internet (Longley, et al. 2011). Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 12 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 1.1.3. Componentes de los SIG De acuerdo a Buzai (2008), un SIG requiere de un Hardware o soporte físico y un Software o soporte lógico para llevar a cabo las tareas que se deseen desarrollar. Hardware. Este concepto está referido a los componentes que corresponden a los elementos físicos de una computadora: CPU (Central Processing Unit, en español Unidad Central de procesamiento), periféricos de entrada: teclado, monitor, mouse e impresora. También se incluyen los CD’S, DVD’S y unidades de almacenamiento extraíble (USB) u otros dispositivos externos. Estos componentes que son utilizados para cualquier otra actividad, se combinan con componentes más específicos como son: tabletas digitalizadoras, scanners y plotters. A continuación se explicarán cada uno de los elementos físicos de una computadora. CPU (unidad Central de Procesamiento): Es considerado el primer componente de la computadora porque se encarga de realizar todos los procedimientos requeridos. Periféricos de entrada. El teclado permite establecer una comunicación directa con la CPU mediante la escritura de comandos reconocidos por el programa y es requerido para el ingreso de los datos alfanuméricos. El mouse cumple una función parecida cuando las aplicaciones se presentan en forma de ventanas porque se seleccionan los comandos a partir del mismo. La tableta digitalizadora se utiliza para crear una imagen digital a partir de mapas o fotografías que integran los datos de partida. La imagen debe tener un formato digital compatible con el sistema del SIG. El scanner se utiliza para crear una imagen digital en formato raster (representación gráfica en una malla de celdas o píxelesceldas) a partir de mapas y fotos. Estas imágenes se emplean directamente por los SIG que éstos a su vez utilizan datos raster. Periféricos de salida: Los mapas son los medios más utilizados para representar los resultados del análisis realizado a través de un SIG, estos resultados los muestra por medio del monitor, la impresora y el plotter permiten obtener impresiones en papel de diferentes formatos y características de los resultados obtenidos acompañados de tablas y diagramas, por lo que el SIG incorpora herramientas para crear estos documentos. Software. El concepto se refiere a los programas del ordenador del SIG y se divide en las siguientes partes funcionales para el tratamiento de los datos geográficos (Buzai, 2008): Almacenamiento y organización de los datos espaciales gráficos. Almacenamiento y organización de datos de los atributos. Tratamiento de datos. Presentación de resultados. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 13 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica El almacenamiento y organización de los datos espaciales gráficos, se lleva a partir de la digitalización cartográfica y puede darse a través de dos procedimientos: manual, mediante el uso de una tableta digitalizadora y automático a través del uso del scanner o imágenes satelitales. El almacenamiento y organización de datos de los atributos, en este caso se tiene que con la localización espacial definida por la digitalización gráfica, los atributos espaciales y temporales cuantitativos o cualitativos se organizan en archivos para ser recuperados eficientemente y asociarlos a la cartografía digital . Tratamiento de datos, este subsistema, corresponde al uso de las herramientas que presenta el SIG para manipular el contenido de los datos espaciales y de los atributos con el fin de realizar diversos procedimientos de análisis espacial. Presentación de resultados. Es el despliegue de los resultados obtenidos del análisis espacial a través de los periféricos de salida (pantalla, impresora o plotter). La integración de los programas vinculados con el SIG, equipo de cómputo, periféricos, así como las bases de datos geográficos permiten almacenar, desplegar, manejar y analizar la información espacial en un tiempo determinado. Actividad 2. Términos geográficos, cartográficos y de los SIG Es importante que conozcas los términos geográficos, cartográficos ya que éstos son esenciales para el manejo de los SIG. Esta actividad te permitirá identificar y relacionar dichos conceptos y fundamentos de los SIG, así como discriminar sus componentes. Por lo cual deberás realizar lo siguiente: 1. Investiga los conceptos básicos de los términos geográficos, cartográficos y de los SIG. Puedes apoyarte con los contenidos ya expuestos y lo que más adelante se te expondrán. 2. Elabora un diagrama de flujo a partir de los conceptos y fundamentos de los SIG que anteriormente fueron expuestos. 3. Relaciona en este diagrama los conceptos de los SIG y sus aplicaciones. 4. Guarda tu diagrama con la nomenclatura SIG_U1_A2_XXYZ. 5. Envía tu documento a tu Facilitador(a) a través de la herramienta de Tareas y espera tu retroalimentación. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 14 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 6. Consulta el documento Características del diagrama de flujo, con el cual te apoyarás para realizar tu diagrama. *No olvides que puedes consultar a tu Facilitador(a) y a tus compañeros(as) en el foro Dudas y consultas en el SIG para que puedas resolver tus dudas al realizar esta actividad 1.2. Sistemas de bases de datos El término bases de datos está referido dentro de un SIG a una extensa colección de datos dentro de una computadora, organizados de tal modo que se puedan ser accesados, actualizados y recuperados rápidamente; pueden ser organizados en un solo archivo o en múltiples archivos. Según Quirós Hernández M, (2011) para el diseño y elaboración de una base de datos geográficos primero se debe realizar un proceso de abstracción, clasificación, reducción y simplificación de la realidad para pasar de la complejidad a una representación esquemática. Mediante la codificación a través de símbolos para que pueda ser procesada por los ordenadores. Una base de datos, es un conjunto de información geográfica almacenada de forma coherente y organizada (Carreño, et al., 2006), que permite su consulta y actualización en un sistema informático (Felicísimo, 2003). La base de datos en un sistema de información geográfica es la forma de representar la información geográfica digital (Bosque Sendra, 1992). Durante el proceso de abstracción de la realidad para convertirlo en un modelo de base de datos, se debe considerar en primer lugar la manera de cómo se concibe el mundo real, y después, como sistematizar los diversos componentes de un dato geográfico. El proceso de abstracción está estructurado en distintos niveles, con el objeto de formar capas gráficas, ―estratos‖ layer o capas temáticas que se corresponden con cada base de datos. En la siguiente figura se presenta el concepto de capa o layer esquematizado por ESRI los cuales pueden integrar el proceso de abstracción de la realidad para realizar una base de datos geográfica. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 15 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Capas que integran la representación del espacio a partir de puntos, polígonos y líneas. Tomado de ESRI (1992) El proceso de abstracción desde el punto de vista territorial consiste en una serie de puntos en el espacio que permiten obtener información, pero desde el punto de vista gráfico el proceso de abstracción es la reducción de las formas del paisaje a través de elementos gráficos que pueden ser puntos, líneas y polígonos (Quirós Hernández, 2011). Los datos tienen que ser convertidos desde sus lenguajes alfanuméricos y gráficos originarios a lenguajes digitales binarios para su tratamiento informático. El sistema de información geográfica identifica a los elementos del paisaje (carreteras, vegetación, zonas urbanas) si están georreferenciados (Quirós Hernández. 2011). Las formas de estructuración de los datos como archivos, supone la diferenciación de trabajo entre los distintos SIG. Existen tres tipos de SIG en cuanto al formato de atributos de datos que tratan: SIG orientados a formato vectorial. SIG orientados a archivos de formato raster. SIG orientados a archivos de formato objeto. Para asignar los atributos e información a los elementos geográficos en un sistema de información geográfica, existen dos tipos de base de datos: la de tipo relacional y bases de datos orientadas a objetos. En una base de datos relacional, la información se almacena en una colección de tablas de doble entrada, a cada una de las cuales se le asigna un nombre o identificador único para cada entidad, el cual puede ser numérico o alfanumérico, y un identificador correlativo el cual puede repetirse y ayuda a organizar la tabla de atributos. Los datos almacenados en las filas se refieren a los objetos o entidades y las columnas a los atributos temáticos o variables asociados. Los atributos espaciales (localización espacial Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 16 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica de un elemento geográfico) son las características que identifican a los elementos geográficos almacenados en un SIG (Departamento de Geografía, 2012). La base de datos orientada a objetos, es una entidad que tiene una situación representada por los valores de una variable y por un conjunto de operaciones que actúan sobre ellas (Departamento de Geografía, 2012). Esta base de datos, los objetos son las clases que tienen sus propias variables y pueden estar a su vez dentro de una superclase. En un sistema de información geográfica la base de datos está compuesta por múltiples series de datos gráficos y no gráficos manejados por el software de un SIG (Domínguez Tejeda et al., 1998). En un SIG se pueden almacenar dos clases principales de datos: geográficos y nogeográficos o atributos. Según Backhoff Pohls (2005), los datos geográficos son todos aquellos que poseen una referencia espacial; es decir, son los elementos referidos a su localización sobre la superficie terrestre y, por tanto, cartografiables; este tipo de datos tiene dos componentes: la información espacial y la información de atributos. La información espacial indica la localización del elemento geográfico (coordenadas). La información de atributos es lo que caracteriza a ese elemento. Los datos no-geográficos o atributos son todos aquellos datos que no tienen una referencia espacial pero que están asociados a los datos geográficos. Los atributos son una clase de información que no tiene una referencia espacial pero que es utilizada para describir características de los objetos geográficos. Para profundizar aún más acerca del tema consulta el libro del autor Backhoff Pohls M.A., 2005, Transporte y espacio geográfico. Una Aproximación geoinformática. Colección de Posgrado. UNAM. Este libro lo podrás encontrar en la sección Para saber más. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 17 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 1.2.1. Modelos y estructura de datos Las estructuras de datos en los sistemas de información geográfica se han dividido en dos modelos de datos en función de la concepción básica de la representación de los datos vectorial y raster (Departamento de Geografía, 2012). Estructura vectorial La estructura vectorial es una estructura de datos basada en el modelo vectorial y es utilizada para almacenar los datos geográficos con referencia espacial basada en puntos cuya localización es conocida con precisión. La información se almacena por puntos, líneas, nodos y polígonos (Maguire et al., 1991 en Backhoff Pohls, 2005). En la siguiente tabla se mencionan las entidades geométricas del modelo vectorial (puntos, arcos, nodos o polígonos) y características principales Entidad geométrica Representa Puntos Fenómenos puntuales en los cuales se desea conocer la posición X, Y. Arcos Fenómenos lineales en los cuales se define su posición y longitud. Nodos Fenómenos puntuales en la intersección de arcos. Polígonos Fenómenos superficiales definidos por regiones homogéneas acotadas por una frontera. Ejemplos Alcantarillas, casetas, bancos de material, pozos, señales, postes, hidratantes. Vías, drenajes, oleductos, líneas eléctricas. Intersecciones o entronques semáforos, entregas de aguas en redes de drenaje. Lotes, usos de suelo, cobertura vegetal, manzanas, barrios, derechos de vías. Entidades vectoriales y sus características. Basado en Backhoff Pohls (2005) En la tabla anterior, según Backhoff Pohls (2005) el polígono es una entidad compleja conformada por un conjunto de arcos que envuelven un área. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 18 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica La representación de los datos geográficos en la estructura vectorial es a través de coordenadas y existen diferentes estructuras de datos vectoriales: Lista de coordenadas "espagueti". Diccionario de vértices. Ficheros DIME (Dual Independent Map Encoding). Arco / nodo. Estos se utilizan tanto para el manejo interno de los datos como para su intercambio entre diferentes sistemas (Backhoff Pohls, 2005). Ahora bien, para definir las relaciones espaciales de los elementos geográficos en el modelo vectorial (representación de elementos geográficos a partir de puntos, líneas o polígonos) se utiliza el análisis topológico. Cuando se construye la topología de un elemento espacial en un SIG, las propiedades geométricas y topológicas son definidas y almacenadas en tablas como se observa en la siguiente figura. Atributos geográficos, distribución espacial y terreno en la realidad. En tabla se representan los atributos de los elementos geográficos representado en un sistema vectorial. También se observa su distribución espacial (centro) y el terreno en la realidad (foto, derecha). Estructura raster (o barrido) La estructura raster es un modelo de datos en el que la realidad se representa a través de teselas o celdas elementales que forman un mosaico regular cada tesela del mosaico es una unidad de superficie que recoge el valor medio de la variable representada (altitud, reflectancia); las teselas pueden ser cuadradas (celdas) o no (triangulares, hexagonales) un modelo de datos raster está basado en localizaciones. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 19 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Para profundizar aún más acerca de los términos utilizados en el tema consulta el artículo del autor Felicisimo A.M 2003, Glosario de términos usados en el trabajo con sistemas de información geográfica. Este libro lo podrás encontrar en la sección Para saber más. La estructura del modelo raster es otro método para almacenar, procesar, visualizar datos geográficos, en donde la superficie representada se divide en filas y columnas que forma una malla o rejilla regular en donde cada celda guarda las coordenadas de ubicación como el valor temático. En los SIG la estructura raster está basada en el modelo raster, éste se caracteriza porque utiliza el término pixel, que es la abreviatura de las palabras picture element. El pixel es la unidad mínima de información que tiene un mapa raster y se representa en forma de celda o rejilla, como se puede observar en la siguiente figura. Mapa raster. En la figura se presenta la resolución espacial de la estructura raster de un ejemplo del límite de un predio, considerando el tamaño de pixel es de 10 x 10 metros. En este Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 20 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica ejemplo el tamaño del pixel determina la precisión de la localización del elemento geográfico. En la estructura raster es posible tener varias imágenes que representen diferentes características de la misma área, por ejemplo, es posible tener imágenes topográficas, la cobertura del suelo y la distribución espacial de un insecto, al sobreponerlas o al realizar operaciones, éstas permiten obtener información derivada, como la relación de alturacobertura del suelo y presencia del vector —insecto— en áreas que presenten las mismas características de cobertura del suelo y elevación (Backhoff Pohls, 2005). En las siguientes figuras se esquematizan los componentes del pixel, fila y columna del modelo raster, así como el proceso de rasterización de los datos vectoriales y su representación en una estructura del modelo raster. La rasterización es el proceso mediante el cual se convierten los datos vectoriales de puntos, líneas y polígono a una formato raster. Componentes de una malla o rejilla de celdas en formato raster de información. Basado en Backhoff Pohls (2005) Esquema de conversión de datos vector-raster. Basado en Backhoff Pohls (2005) modificado por Martínez Tapia 2012. En esta figura se muestra el formato raster que consta de columnas, filas y celdas en un sistema cartesiano (izquierda), también se muestra un esquema de conversión de datos vector-raster, observa la malla referenciada y proyectada espacialmente. 1.2.2. Modelo de datos raster y vector En un sistema de información geográfico existe el modelo vectorial y raster para almacenar, procesar y desplegar la información de los datos geográficos en un software de SIG para su análisis espacial de algún tema en específico. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 21 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Modelo de datos vectorial El modelo vectorial constituye una codificación de los datos geográficos en los sistemas de información geográfica en la que se representa una variable geográfica por su geometría que son almacenados en un formato digital que se puede convertir fácilmente a un dibujo; su representación digital está constituida por una lista de coordenadas de puntos y vértices que definen la geometría de los elementos (Sáez Santos, 2012). En la siguiente figura se representa la codificación de los elementos geográficos a través de una base de datos relacional asociada a la representación gráfica. Mapa del estado de México en un modelo vectorial. El modelo vectorial es un excelente representador de las variables de tipo temático cualitativo en un sistema de información geográfica, ya que se establece los límites entre los elementos geográficos (Sáez Santos, 2012), como se aprecia en la figura anterior la población total, población por sexo y densidad de población del estado de México. A la derecha se observa el identificador para cada municipio y los datos de población. En el modelo vectorial también se representan las variables temáticas cuantitativas como la altura, pendiente, precipitación. Estas variable se representan a través de isolíneas o nubes de puntos (Sáez Santos, 2012), para ello se ha diseñado una forma de representación de datos por medio del TIN (Triangulate Irregular Network – Red Irregular Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 22 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica de Triángulos). En la siguiente imagen se muestra la estructura de datos está compuesta por un conjunto de triángulos irregulares TIN (triangulated irregular network). Red irregular de triángulos y representación tridimensional del TIN. Tomado de ESRI (1992) En la base de datos vectorial con variables temáticas cuantitativas los atributos del terreno se representan por puntos acotados, líneas o polígonos. Los puntos se definen por los valores de coordenadas con un atributo de altitud (Felicisimo M.A. 1999). Modelo de datos raster El modelo raster constituye una codificación de los datos geográficos que se realiza a través de una escala de clases, valor medio de un área, valor del punto central, valor máximo de la porción de espacio escogido y se representa por celdas o pixeles asociadas un valor numérico. La forma de las celdas pueden ser rectangulares o cuadradas; la separación entre el centro de dos pixeles a lo largo de una fila o columna constituye la resolución espacial del modelo raster. El tamaño de celda será seleccionado de modo que su longitud sea la mitad (o su superficie, un cuarto) de la del objeto más pequeño que se quiere registrar (Taboada y Costos, 2005). El modelo raster se limita en la resolución del tamaño del pixel para representar la localización de los elementos geográficos. Los formatos de imágenes que manejan un modelo raster son: TIFF, BMP, JPEG, GIF o de formato GRID. Comparación entre modelos Es difícil establecer cuál de los modelos, vectorial o raster, es mejor, pues cada uno de ellos presenta sus ventajas e inconvenientes. La selección dependerá de la naturaleza de la información descrita y del análisis que sobre ella vaya a realizarse (Gutiérrez y Gould, 2001). La mayoría de los SIG actuales integran ambos modelos, si bien la eficiencia del análisis dependerá del modelo en que los datos hayan sido almacenados. Los sistemas de Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 23 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica información geográfica suelen ser etiquetados en función de su habilidad para procesar información raster y vectorial. Por lo general se dice que, Arc View es un SIG vectorial o que Idrisi es un SIG de tipo raster (Taboada y Costos, 2005). En la siguiente figura se muestra la información de los datos geográficos del modelo vectorial y raster que procesa el software ArcGIS 9.3. Modelo raster y vector. Observa en la figura anterior, que el polígono cerrado de lado izquierdo está dado por el límite del predio, mientras que el polígono del lado derecho, se identifica el límite y la malla o red de columnas, filas y celdas. En la siguiente imagen se muestra el modelo raster en donde se presenta información de forma continua (Taboada y Costos, 2005), los datos geográficos de elevación del terreno y vegetación. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 24 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Modelo raster con información continua. Basado en Taboada y Costos (2005) En la figura del lado izquierdo observa el modelo raster en donde se presentan las variaciones de altitud en forma continua. La figura del lado derecho muestra la distribución espacial de los sistemas de vegetación. En la siguiente tabla, se dan a conocer las ventajas y desventajas de los Modelos Vectorial y Raster. MODELOS DIGITALES DE LA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA RASTER VECTOR Relativamente simple, utiliza ESTRUCTURA DE Puntos, líneas y polígonos con renglones y columnas en una red DATOS relaciones topológicas de celdas de tamaño uniforme Almacena coordenadas Almacena coordenadas X,Y COORDENADAS geográficas con cierto grado de geográficas para todos los elementos generalización (discretización). CARACTERÍSTICAS Representa las formas límites y Representa las formas límites y PRECISIÓN DE superficies de los elementos superficies de los elementos LOS ELEMENTOS geográficos con una transición geográficos con alta precisión. gradual La resolución de los datos Depende del método de compilación y RESOLUCIÓN depende del tamaño de la celda la escala de los datos originales. ASPECTOS Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 25 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica VALORES ATRIBUTOS DE Cada celda tiene un valor ligado a su posición de columna y renglón en la red de celdas. REQUERIMIENTO Generalmente grandes, pero los DE valores pueden ser comprimidos. ALMACENAMIENTO RELACIONES Difíciles de establecer TOPOLÓGICAS Fácil de realizar, muy eficiente, en SOBREPOSICIÓN general requiere poco tiempo de procesamiento de datos. RECOMENDADO PARA CAPTURA VENTAJAS DESVENTAJAS Cada elemento tiene un identificador único que lo liga a sus atributos descriptivos. Generalmente más compacto que el almacenamiento en el modelo raster. Fáciles de representar Difícil de realizar por ser un proceso muy sofisticado, requiere mucho tiempo de procesamiento de datos. Elementos de límites discretos Elementos continuos (elevación, (límites de propiedades levantados, tipos de suelos, temperatura, etc). límites político-administrativos, redes, etc). 1. Buena representación de la 1. Estructura de datos simple estructura de los datos del fenómeno 2. Varias clases de análisis y de forma compacta espaciales son sencillos (álgebra 2. La topología puede ser matricial, operaciones booleanas, completamente descrita con enlaces etc. de red 3. Simulación fácil porque cada 3. Gráficos precisos de alta unidad espacial tiene la misma resolución, ocupan poco espacio y medida y configuración. tienen un un alto grado de estética. 4. En general, la salida de gráficos 4. Factible recuperación, actualización es de baja calidad. y generalización de los datos. 5. La tecnología tiene un costo 5.Óptimo para el análisis de redes reducido Preferidos para el (ríos, transporte, etc.), zonas de análisis de tipo espacial. influencia (áreas buffer), sobreposición gráfica 1. Grandes volúmenes de datos gráficos. 2. El uso de grandes celdas reduce volúmenes de datos que 1. Estructura de datos compleja. pueden ser perdidos y 2. Combinación de distintos mapas de consecuentemente tener una polígono o vectoriales pérdida de información. 3. Tecnología de costo elevado, 3. Los mapas finales en este particularmente por el sofisticado formato son en ocasiones pobres equipo y programas de cómputo en estética. 4. La simulación es difícil porque cada 4.Transformaciones en la unidad tiene una diferente forma proyección consume enormes topológica. cantidades de tiempo a menos que ese equipo y programas de especiales Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 26 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Ventajas y desventajas de la información geográfica en formato raster y vectorial. Elaborado por Domínguez Tejeda E., et al., (1998). 1.2.3. Representación de los datos con modelos raster y vector La representación de los datos geográficos del mundo real se realiza a través de los elementos geográficos de puntos, líneas y polígonos. En la siguiente imagen se representa el proceso de abstracción de la información temática del mundo real representada en capas o layer con información temática de los datos geográficos. Topografía Vías de comunicación Hidrología Geología Edafología Uso del suelo Vegetación Flora Fauna Proceso de abstracción de la información del mundo real. Tomado de ESRI (1992) Información temática representada en capas las cuales pueden ser en el modelo vectorial o raster. En la siguiente tabla se muestra la representación de los elementos geográficos de puntos, líneas y polígonos en los modelos vectorial y raster así como algunos ejemplos que pueden ser representados del proceso de extracción de la realidad. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 27 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Representación de los elementos geográficos en el modelo vectorial y raster. La representación de la información en el modelo vectorial se representan mediante puntos acotados, líneas o polígonos; los puntos se definen mediante un par de valores de coordenadas con un atributo de altitud, las líneas mediante un ventor de puntos –de altitud única o no- y los polígonos mediante una agrupación de líneas. También en el modelo raster, los datos se interpretan como el valor medio de unidades elementales de superficie no nula que teselan el terreno con una distribución regular, son solapamiento y con recubrimiento total del área representada. 1.2.4. Modelos de elevación digital (MED) En la cartografía convencional la descripción de las elevaciones a través del mapa topográfico corresponde a la infraestructura básica del resto de los mapas. El papel equivalente en los Modelos digitales de terreno (MDT), es desempeñado por el modelo digital de elevaciones o MED. Un modelo digital de elevación es la estructura numérica de datos que representa la distribución espacial de la altitud de la superficie del terreno. Entonces, un modelo es la representación simplificada de la realidad. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 28 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Los MDT tienen la forma de estructuras de datos, no son sólo un listado de cifras, su construcción debe realizarse de acuerdo con una estructura interna. También representan la distribución espacial de una variable. La variable representada en los MDT es cuantitativa y de distribución continua, es decir, se representan campos a partir de una base de datos. Modelo digital del terreno (MDT). Tomada de Sanz (2012) Estructura de datos de los modelos digitales de elevación La integración de los modelos digitales de elevación en los SIG implementa a un conjunto de métodos de representación de la realidad y de simulación de procesos que complementan la capacidad de los SIG en el manejo de la información temática. En los MDT el punto acotado es la unidad básica de información y se define como un valor de altitud z, al que acompañan los valores correspondientes de las coordenadas x, y (Sanz, 2012). En los modelos de elevación digital, los modelos y estructuras de datos más utilizados son: La red irregular de triángulos _TIN (Triangulated irregular network). Estructura raster –la matriz regular-. El modelo de elevación digital conocido como red de triángulos irregulares (TIN) (triangulated irregular network) es de tipo vectorial y se muestra en la siguiente imagen. Observa la estructura de datos TIN, la cual está compuesta por un conjunto de triángulos irregulares, los triángulos se construyen ajustando un plano a tres puntos cercanos no Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 29 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica colineales, se adosan sobre el terreno formando un mosaico adaptado a la superficie del terreno. Representación del modelo de elevación digital en una estructura TIN. El modelo de elevación digital tipo raster se denomina Matriz regular y en la siguiente figura se presenta la estructura del modelo digital raster. En este tipo de modelo la localización espacial de cada dato esta determinado por el origen y el valor del intervalo entre filas y columnas de la matriz. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 30 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Representación del modelo digital del elevación raster con una matriz en forma de columnas y filas. Tomado de Sanz Santos M.A. 2012. Pare elaborar un modelo digital de elevación se requieren los datos de la altitud (hipsometría) que incluye la fase de transformación de la realidad geográfica a la estructura digital de datos. Los métodos básicos para obtener los datos de altitud se dan en la siguiente tabla y se dividen en dos grupos: directos cuando las medidas se realizan directamente sobre el terreno real, e indirectos cuando se utilizan documentos análogos o digitales elaborados previamente. Métodos directos Altimetría GPS Radargrametría Topografía Métodos indirectos Restitución Adquisición de información a partir de: Altímetros transportados por plataformas aéreas o satélites Global positioning system, sistema global de localización mediante satélites Interferometría de imágenes radar Estaciones topográfica con grabación de datos Fuente digital (SPOT) Fuente analógica (cámaras métricas) Digitalización Automática (escáner) Manual (tablero digitalizador) Métodos directos e indirectos para adquirir los valores de altitud del terreno. 1.2.5. Base de datos geográficos Una base de datos es la colección de uno o más ficheros de datos, almacenados en forma de estructura que contiene información no-redundante, de modo que las relaciones que existen entre los conjuntos de datos puedan ser utilizados por el sistema de gestión de base de datos (SGBD) para manipular o recuperar los mismo. El SGBD es un programa de ordenador para almacenar, manipular, editar y recuperar información de una base de datos. Antes de iniciar con el tema de la base de datos geográfico, es conveniente conocer los conceptos principales de almacenamiento de datos informáticos como son: los ficheros y las bases de datos. Los ficheros se usan almacenar información con poco volumen que se suelen consultar en bloque. Las bases de datos se utilizan para grandes bloques de información que se quieren explotar y consultar de manera parcial. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 31 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Existen numerosas formas de organizar una base de datos y la más común es la relacional para el tratamiento de los datos geográficos. En la siguiente tabla observa que la base relacional es una relación equivalente a una tabla de doble entrada en la que las filas (registros suelen ser los objetos geográficos de un cierto tipo entre todos los considerados); las columnas muestran las variables temáticas (campos) asociados a ellos. Una de estas columnas debe contener un elemento crucial de la descripción digital de la información geográfica (identificador por elemento). El identificador sirve para relacionar la descripción espacial con la temática y para la operación denominada unión relacional que se refiera a juntar dos o más ficheros de datos temáticos. Ejemplo de tabla de datos para realizar una operación relacional. El uso de base de datos relacionales tiene ventajas e inconvenientes respecto al uso de ficheros: Ventajas Facilidad en el manejo de grandes volúmenes de datos. Alto rendimiento de consulta gracias a los índices. Independencia del tratamiento de la información por parte del sistema operativo. Seguridad de acceso a la información. Integridad referencial y no duplicidad de los datos. Acceso concurrente y transaccional a los datos. Copias de seguridad y recuperación de datos. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 32 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Desventajas El costo de licencia y el mantenimiento de algunos SGBD es muy elevado. Se debe poseer conocimientos de administración y explotación de bases de datos. Tareas sencillas como copia o edición de la información requieren conocimientos avanzados. La información anteriormente expuesta deberá considerarse para la elaboración de una base de datos geográfica. A continuación revisarás cómo se hace el diseño de una base de datos. Diseño de una Base de Datos Geográficos Para desarrollar e implementar una base de datos geográfica en un Sistema de información geográfica se deben considerar las siguientes fases (INEGI 1993): 1. Diseño conceptual 2. Diseño lógico 3. Implementación física o modelo físico En cuanto al diseño conceptual, se realiza un análisis de requerimientos de información de contenidos y datos disponibles para identificar a los elementos de información que sean inconsistentes o que estén duplicados. En esta fase se elabora el diccionario de datos el cual explica el contenido de la base de datos geográfica. El modelo conceptual es el proceso a desarrollar que se define después identificar los requerimientos, la disponibilidad de información y la forma en que se va a correlacionar para interpretar la información y obtener los resultados de manera adecuada. En el diseño lógico es la idea estructurada que se plantea en el modelo conceptual, pero desde una perspectiva sistémica. En este caso es fundamental el conocimiento de los formatos de la información de entrada y de salida, así como los procesos y herramientas necesarias para el procesamiento de la información. El modelo físico o implementación es la creación de la representación computarizada que se refiere al diseño y creación de registros, archivos, métodos de acceso, restricciones de seguridad de la base de datos. Es hasta esta etapa en que la base de datos se materializa en un equipo de computación, utilizando las capacidades que el equipo seleccionado presenta en particular. Ello también significa que un modelo lógico o conceptual determinado puede tener diferentes implementaciones físicas, dependiendo del equipo computacional o de los equipos en que se decida implementarlo (INEGI, 1993). Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 33 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Formatos de almacenamiento Ficheros CAD (Microstation y AutoCAD) ESRI Shapefiles Existen otros tipos de formatos de almaciencmaineto como son: General Electric Smallworld Geomedia Ware houses GML ESRI ArcSDE Oracle Spatial Sin embargo a continuación se explican los formatos de almacenamiento más empleados en la información cartográfica disponibles en los portales de los organismos públicos en México. Ficheros CAD (computer aided design o diseño asistido por ordenador), almacenan datos geográficos, son herramientas computacionales de soporte al diseño con geometrías. Programas que manejan este tipo de ficheros: AutoCAD y Microstation. Los formatos de archivo CAD más habituales son: AutoCAD DXF. Es un formato de archivo CAD para facilitar la interoperabilidad de AutoCAD con otros programas. DWG. Es un formato de archivo que permite guardar datos de diseños en dos y tres dimensiones y es el formato nativo e interno de AutoCAD. DGN. Es un formato de archivo CAD con las mismas capacidades que DWG, pero para la herramienta Microstation de Bentley. La estructura interna de almacenamiento de los archivos CAD está orientada al diseño industrial y no responde a la organización de una base de datos relacional. Este formato de almacenamiento no cumple con muchas de las características generales de los formatos de almacenamiento geográficos de un sistema de información geográfica. ESRI Shapefiles, es uno de los formatos más utilizados para el almacenamiento de los datos geográficos, diseñado por ESRI (Environmental Systems Research Institute) como formato de intercambio de información entre las herramientas de ESRI (y otras herramientas SIG. Este tipo de archivo almacena varios ficheros, pero su contenido se puede entender como la tabla de una base de datos relacional (Botella Plana A., 2011). El almacenamiento de los datos geográficos de una base de datos relacional se almacenan en una combinación de varios ficheros: Fichero .shp. contiene las geometrías de los elementos. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 34 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Fichero .shx. contiene el índice de los elementos. Fichero .dbf. contiene los atributos alfanuméricos de los elementos. Son estos datos los que se pueden considerar como una tabla de base de datos relacional. Fichero .prj. contiene el sistema de coordenadas del shapefile. Fichero .sbn. contiene los índices espaciales, si los hay. Para que puedas profundizar sobre el tema, consulta el documento de: Apuntes Bases de Datos 1 de la Escuela Politécnica Superior, Universidad de Alicante, esta la podrás encontrar en la sección Fuentes de consulta de este documento. En él encontrarás conceptos de bases de datos, sistemas de gestión de bases de datos, modelos de datos, los fundamentos del modelo relacional de datos desde la doble perspectiva algebraica y lógica, lo que permite introducir formalmente las estructuras de datos del modelo y sus operadores asociados mediante el Álgebra Relacional, debido a que te podrá apoyar en la realización de la tercera actividad. Actividad 3. Base de datos biológica Como te habrás dado cuenta es importante saber almacenar la información geográfica y atributos que se procesan en los SIG. Con esta actividad te permitirá reforzar qué es una base de datos y para ello deberás realizar una sobre datos biológicos, para ello deberás realizar lo siguiente: 1. Espera el envío de tu Facilitador(a) sobre la base de datos de la especie faunística o florística. 2. Una vez proporcionado el archivo con extensión .dbf, ábrelo con cualquier programa de hoja de cálculo. 3. En él, selecciona 7 atributos de la información geográfica (columnas) para construir tu base de datos. 4. Elabora una hoja de cálculo para realizar tu base de datos de 80 registros incluyendo los 7 atributos seleccionados. 5. Dentro de este mismo archivo, en otra hoja describe el contenido de las 7 columnas de atributos para hacer un diccionario de datos. 6. Guarda en el formato .xls y sube a la Base de datos con la nomenclatura SIG_U1_A3E1_XXYZ. 7. Consulta por lo menos 3 bases de datos de tus compañeros(as) y si consideras pertinente agrega algún atributo a tu trabajo. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 35 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 8. Guarda y sube a la Base de datos con la nomenclatura SIG_U1_A3E2_XXYZ como segunda entrega y espera la retroalimentación de tu Facilitador(a). 9. Consulta el documento Criterios de evaluación para que puedas orientarte en la realización de esta base de datos y revises los aspectos que te serán evaluados. *Recuerda que si te surgen dudas puedes consultar a tu Facilitador(a) y/o compañeros(as) para resolverlas o apoyar a otros en el foro Dudas y consultas en el SIG. 1.2.6. Tecnología GPS El Sistema de Posicionamiento Global por sus siglas en inglés (GPS) Global Positioning System, es un sistema de posicionamiento global satelital que permite obtener la ubicación exacta de un punto cualquiera de la superficie. Este sistema fue diseñado y desarrollado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América con fines estratégicos estrechamente ligados a su aplicación bélica. Entre sus muchas aplicaciones posibles destacan las de navegación, movimiento y localización en lugares de morfología extremadamente regular donde no existen puntos de referencia reconocibles. El sistema de posicionamiento global se basa en una red de 24 satélites que se encuentran alrededor de la Tierra, los satélites definen una serie de órbitas a una distancia aproximada de 20.000 km y emiten una señal de radio que transmite información referida a su posición. El receptor, ubicado en un punto cualquiera de la Tierra recibe la señal de más de 5 satélites y envía su ubicación exacta (Ackroyd y Lorimer, 2008). Un sistema GPS tiene tres partes fundamentales: el satélite, la señal y el receptor. Estos tres componentes están sometidos a una serie de contratiempos de diversa naturaleza que provocarán ciertos errores en las mediciones resultantes. Las fuentes de los errores que pueden afectar al satélite son, la imprecisión registrada por el reloj y por el otro lado cualquier desviación de su órbita. La precisión de los relojes de los satélites es muy alta, pero una variación mínima ocasiona una alteración en la medida. Las órbitas seguidas son conocidas por los receptores, pero pueden ser modificadas por efectos atmosféricos y la velocidad de transmisión de la señal de radio puede tener variaciones. Por ejemplo, la señal de GPS al atravesar las partículas cargadas de la ionosfera y después el vapor de agua de la troposfera la velocidad disminuye. El receptor no puede identificar estas alteraciones, pero se lleva a cabo una corrección diferencial automáticamente (Hum, 1993b). La fuente de error más importante (hasta tres veces superior a la suma de los máximos posibles de todos los anteriores) es la Selective Availability (SA) disponibilidad selectiva, que es el dispositivo que introduce el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 36 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica El GPS está compuesto por tres componentes de un sistema, éstos son: Segmento espacial: Son los satélites GPS que emiten señal de radio desde el espacio, forma una constelación de 24 satélites distribuidos en 6 órbitas con un período de rotación de 12 horas a una altitud de 20 200 km y una inclinación de 55°con respecto al plano ecuatorial. Esta distribución espacial permite al usuario tener entre 5 y 8 satélites visibles en cualquier momento. Segmento de control: Son las estaciones de rastreo distribuidas en la superficie terrestre. Estas estaciones monitorean a cada satélite analizando las señales emitidas, actualizan los datos de los elementos y mensajes de navegación, así como las correcciones de reloj de los satélites. Las estaciones están ubicadas estratégicamente cerca del plano ecuatorial y cuentan con relojes de muy alta precisión. Segmento usuario: Son los receptores GPS que registran la señal emitida por los satélites para el cálculo de su posición, toman la velocidad de la luz y el tiempo de viaje de la señal y obtienen las distancias entre cada satélite y el receptor en un tiempo determinado, observando al menos 5 satélites en tiempo común; el receptor calcula el tiempo y las coordenadas x, y, z. En la siguiente imagen se muestran algunos modelos de GPS (navegadores), que permiten la ubicación de la posición de los elementos geográficos. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 37 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Tipos de GPS. La precisión de los puntos medidos a partir del GPS dependerá del número de satélites observados, de la señal de ruido, elevación de la máscara, línea base, la geometría de la constelación (PDOP: Position Dilution of Precisión) y el tiempo de observación del punto o vértice por posicionar. Para que puedas profundizar sobre el tema, consulta la página de Instituto Nacional de Geografía e Informática (INEGI) en donde se expone el tema Sistema de posicionamiento global (GPS), esta la podrás encontrar en la sección Para saber más de este documento. 1.3. Proyecciones cartesianas Las proyecciones cartesianas son aquellas que nos permiten obtener un sistema de coordenadas sobre un plano, para determinar la localización exacta de los elementos que aparecen sobre el mapa, a partir de un sistema tridimensional de coordenadas (latitud, longitud y altitud, es decir, x, y, z). Observa en la siguiente figura el sistema cartesiano. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 38 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Sistema cartesiano sobre tres dimensiones. 1.3.1. Sistema de proyección cartográfica Una proyección cartográfica es la transferencia de la superficie física de la Tierra a su imagen plana a través de un sistema de proyección (Mendieta y Valencia, 2005) El posicionamiento de la superficie terrestre a través de los sistemas de coordenadas está vinculado a las superficies auxiliares de un elipsoide que se utilizan para expresar matemáticamente y con mayor aproximación la superficie de la Tierra. El elipsoide es la figura geométrica que más se acerca a la forma de la Tierra y se utiliza como superficie auxiliar para definir el sistema de referencia del posicionamiento global o universal. Para ello, se utilizan las coordenadas horizontales (x, y) y la de posicionamiento vertical conocida como altitud (Harvey, 2008). Al considerar que la Tierra es semejante a un elipsoide, su superficie no se puede trasladar a un plano sin presentar deformaciones angulares, lineales y de área, para minimizar estas deformaciones se recurre a la proyección de los elementos sobre la Tierra apoyándose en figuras geométricas - cilindro, cono, plano- que permitan trasladar la superficie terrestre a un plano. En el manejo de los SIG se encuentran tres clases o tipos de proyecciones: cilíndrica, cónica, plana o acimutal. En la siguiente tabla podrás observar los tres sistemas de proyecciones cartográficas y las medidas que se conservan sin deformación. Sistema de proyección Conforme Exactitud ángulos Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 39 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Equidistante distancias Equivalente o isoareales Acimutal áreas direcciones Sistemas de proyección y medidas que conservan: conforme (ángulos), equidistante (distancias), equivalente (áreas) y acimutal (direcciones). Basada en Christopherson (2007) Proyección cilíndrica Es la proyección cartográfica que mantiene la perpendicularidad de meridianos y paralelos. Esta proyección considera la superficie del mapa como un cilindro, que rodea a la Tierra tocándolo en el ecuador. El mapa que se elabora a partir de una proyección cilíndrica que representa a la superficie terrestre sobre un rectángulo y las líneas paralelas equivalentes al eje X representan la longitud y están separadas a la misma distancia, mientras que las líneas paralelas equivalentes al eje Y, representan la latitud con una separación diferente. Una de las limitantes es la deformación cerca de los polos. Las proyecciones cilíndricas más utilizadas en el manejo de los SIG son: Proyección Mercator. Es la proyección cilíndrica que corta dos o más meridianos y se representan en línea recta. Las direcciones que se representan en los mapas Mercator son los de mayor utilidad para la navegación y son muy exactos para las regiones ecuatoriales. En la figura observa la red de paralelos y meridianos en líneas rectas y a medida que se separan del ecuador la distancia aumenta hacia los polos. Red de paralelos y meridanos. Basado en Enciclopedia Libre Universal en Español (2011) Proyección Universal Transversa de Mercator (UTM). Es una proyección cilíndrica conforme (que preserva ángulos). Esta proyección envuelve a la Tierra en un cilindro y Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 40 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica cuyo eje se encuentra a 90° con respecto a su eje de la misma (transversal). El cilindro es secante, es decir que corta a la superficie terrestre en dos puntos separados cada 6°, así que la representación de la Tierra se obtiene girando el cilindro cada 6°, a cada faja se le da el nombre de huso meridiano. Las zonas resultantes se cuentan a partir de 180 ° oeste hacia el este (Christopherson, 2007). México queda comprendido entre los husos 11 y 16. En esta proyección las regiones que se encuentran por arriba de los 80º de latitud no se representan por tener mayor deformación. En la siguiente figura se muestran las zonas UTM correspondientes para México y la red de paralelo y meridianos rectangulares. Zonas UTM para México. Basado en Zepeda (2005) Proyección cónica Este tipo de proyección tiene una red de meridianos que se convierte en rectas concurrentes en el polo, mientras que los paralelos son circunferencias concéntricas. Esta proyección proyecta a la Tierra sobre un cono tangente a la Tierra y en los paralelos base (por ejemplo, el Ecuador). Con este tipo de proyección se presenta mayor distorsión en las zonas que tienen mayor distancia a los paralelos tipo. La proyección cónica más utilizada es: Proyección cónica conforme de Lambert. Esta proyección se usa para representar continentes o grandes porciones de terreno. Esta proyección se basa en un cono colocado sobre la tierra en forma secante (recta que corta a una circunferencia en 2 puntos) y cuyo vértice coincide con la línea del eje de la Tierra. En la siguiente figura se muestran los planos que cortan a la Tierra y se conocen como paralelos tipo, base o estándar. Este tipo de proyecciones se recomiendan para representar grandes extensiones de terreno. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 41 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Paralelos estándar. Basado en Enciclopedia Libre Universal en Español (2011) Se muestra en la figura la proyección cónica conforme Lambert donde se observa el corte de la superficie terrestre a partir de los paralelos tipo. Proyección plana o acimutal En este tipo de proyecciones cartográficas se proyecta la Tierra sobre un plano. De acuerdo a Harvey (2008), las proyecciones acimutales son: Proyección gnomónica. En esta proyección todos los arcos de los círculos máximos están representados como líneas rectas. Esta proyección es muy útil para la navegación, pero tiene la desventaja que de los 45º de latitud hacia los polos es poco confiable. Proyección Oblicua Plano de proyección Proyección polar Ecuador Proyección ecuatorial. Proyección gnomónica. Tomado de U.S. Department of the Interior-U.S. Geological Survey. (2006) Proyección acimutal equivalente. Esta proyección las áreas no presentan deformación y son proporcionales a realidad. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 42 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Proyección Oblicua Plano de proyección Ecuador Proyección polar Proyección ecuatorial. Proyección acimutal equivalente. Tomado de U.S. Department of the Interior- U.S. Geological Survey. (2006) Proyección equidistante. Esta proyección se conservan las distancias a lo largo de las líneas que irradian desde el centro de la proyección. Es la proyección más utilizada por la aeronavegación por que se mantienen las direcciones y medidas sobre ellas. Proyección Oblicua Plano de proyección Proyección polar Ecuador Proyección ecuatorial. Proyección acimutal equidistante. Tomado de U.S. Department of the Interior-U.S. Geological Survey. (2006) Proyección ortográfica. En este tipo de proyección se proyecta el hemisferio norte o sur sobre un plano perpendicular y el centro de perspectiva se encuentra a una distancia infinita de la Tierra. La escala se conserva únicamente en el centro y la deformación aumenta hacia el exterior. Este tipo de proyección se utiliza en cartas astronómicas y mapas mundiales artísticos. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 43 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Proyección Oblicua Plano de proyección Ecuador Proyección polar Proyección ecuatorial. Proyección acimutal ortográfica. Basada en U.S. Department of the Interior- U.S. Geological Survey. (2006) Proyección estereográfica. Este tipo de proyección representa a los meridianos y paralelos como círculos y únicamente el centro de la Tierra conserva su escala. La deformación aumenta del centro hacia fuera simétricamente. La proyección estereográfica se utiliza en mapas mundiales y mapas atmosféricos. Proyección Oblicua Plano de proyección Proyección polar Proyección ecuatorial. Punto de proyección Proyección acimutal estereográfica. Basada en U.S. Department of the Interior- U.S. Geological Survey. (2006) Para que puedas profundizar sobre el tema de proyecciones cartesianas, consulta la página de The Altas of Canada en donde se expone la lista de tópicos aplicados para la elaboración de Altas Nacional de Canadá, ésta la podrás encontrar en la sección Para saber más. El uso de los sistemas de información geográfica requiere primordialmente de los datos de ubicación geográfica de los atributos que forman las bases de datos. Los datos de ubicación geográfica se conocen con el nombre de georreferenciación, que es el proceso matemático que relaciona la posición de un objeto o superficie a partir de un mapa (analógico –de papel-, raster ó vectorial) con su posición real en la Tierra. Un objeto se puede georreferenciar al definir el datum geodésico (conjunto de puntos de referencia sobre la superficie terrestre), ya que la medida de distancia es afectada por la forma irregular de la Tierra y es necesario definir un punto de referencia para hacer las Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 44 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica mediciones. La localización o posición de los objetos de la Tierra es una función de distancias y direcciones con respecto a un sistema de referencia. Si no se cuenta con una superficie de referencia, las distancias y direcciones serían erróneas. La Tierra como no tiene una forma homogénea se utiliza la forma de un elipsoide que no presenta irregularidades y mediante cálculos matemáticos puede definirse la forma e la Tierra. Al corregirse las irregularidades se tiene exactitud en las distancias. Existen varios tipos de elipsoides y cada uno responde a condiciones específicas de la zona, ya que no tienen la misma exactitud para todos los puntos. 1.3.2. Sistemas de referencia geográfica Se denomina sistema de referencia a un conjunto de parámetros cuyos valores, permiten la referenciación precisa de localizaciones en el espacio (Harvey, 2008). Se considera como referencia geodésica al elipsoide y al datum porque se derivan las coordenadas geográficas de un punto. El datum se divide en dos tipos: Datum horizontal. Describe un punto sobre la superficie terrestre. Datum vertical. Mide las elevaciones o profundidades. En la siguiente figura se observa los valores de la elevación dada en metros. Datum vertical Datum horizontal Datum vertical de Estados Unidos. Tomada de la Enciclopedia libre Universal (2011) Para identificar en que datum se encuentra la información espacial que se está trabajando se necesita contar con varias capas de información que permitan hacer una comparación. Por ejemplo el datum que se utiliza en México es el: NAD27 (North American Datum de 1927) y se basa en el sistema geodésico mundial de 1984 (WGS84, siglas en inglés). Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 45 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Para que puedas conocer aún más sobre qué es un datum, sus tipos y su importancia, se te recomienda la página de Earth-info, ésta la podrás consultar en la sección Para saber más. 1.3.3. Sistemas de coordenadas La localización de un punto sobre la sobre la superficie terrestre se realiza a través de sus coordenadas. Estas coordenadas se obtienen de un sistema de referencia, de ahí que sean únicas para cada punto y expresen su posición exacta, para establecer el sistema de coordenadas, es preciso fijar el datum y el sistema de referencia (Harvey, 2008). El sistema de coordenadas que se utiliza en el campo de los SIG son dos: Sistema de coordenadas geográficas (latitud, longitud). Sistema de coordenadas rectangulares (UTM). El sistema de coordenadas geográficas proporciona las coordenadas angulares: latitud y longitud para ubicar la posición de cualquier punto sobre la superficie de la Tierra con respecto al meridiano de Greenwich, que corresponde a la longitud 0 y el Ecuador que corresponde al punto 0 de latitud. El Ecuador es fundamental por ser el punto medio entre los polos y porque marca el centro de la Tierra. Este sistema de referencia comprende dos tipos de líneas imaginarias llamadas meridianos y paralelos. Meridianos. Red formada por un conjunto de líneas trazadas de norte a sur y convergen en los polos. El meridiano base es el Meridiano de Greenwich, ubicado en el Observatorio de Greenwich Londres Inglaterra. Un meridiano va a seguir la dirección norte-sur, es la mitad de un círculo máximo y es un arco de 180°. A partir del meridiano de principal cada meridiano equivale a 15°. Paralelos. Son un conjunto de líneas trazadas de Este a Oeste paralelas al Ecuador. El paralelo principal es el Ecuador. Los paralelos secundarios son círculos menores completos paralelos al Ecuador, nunca convergen y mantienen una separación constante. Los paralelos cortan a los meridianos formando ángulos rectos. A partir del Ecuador los paralelos están separados cada 10°. La red de paralelos y meridianos son indispensables para la obtención de coordenadas geográficas dadas por la latitud y la longitud. Latitud es la medida del arco de meridiano entre el Ecuador y el punto que se desea referenciar. La latitud se divide en dos: latitud Norte que va de 0° en el Ecuador hasta 90° en el hemisferio norte y la latitud Sur que va de 0° en el Ecuador a 90° hacia el hemisferio Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 46 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica sur. La latitud se mide en grados (°), minutos (') y segundos ("). Se debe especificar siempre si es latitud Norte o latitud Sur, por ejemplo, 19°39’02’’ N, +19°39'02" o 19°N 39'02" ó 19°39’02’’ S, -19°39'02" o 19°S 39'02" . En los mapas la latitud corresponde a las líneas horizontales. Longitud, mide el ángulo entre el Meridiano de Greenwich y el punto que quiere referenciar. La longitud se divide en Oeste y va de 0° en Greenwich, hasta 180° del lado Oeste (izquierda de Greenwich). Lo mismo va para el lado Este (a la derecha de Greenwich). Es equivalente a un recorrido de 360° de longitud y se mide en grados (°), minutos (') y segundos ("). La longitud se escribe como 103°25’10’’W (oeste en inglés), +103°25’10’’, 103° W 25’10’’ ó 103°25’10’’E, -103°25’10’’, 103° E 25’10’’ para la longitud Este. En los mapas la longitud corresponde a las líneas verticales. En el manejo de los SIG es común verse en la necesidad de realizar transformaciones de coordenadas geográficas al sistema de coordenadas UTM o viceversa. Sistema de coordenadas UTM El Sistema de Coordenadas Universal Transversa de Mercator (red UTM), conocidas también como coordenadas rectangulares. Este sistema está dado por las coordenadas x, y, similares a las del sistema cartesiano. El sistema de coordenadas UTM se utiliza entre los paralelos 84° de latitud Norte y los 80° de latitud Sur y a partir de estas latitudes hacia los polos se usa la Red Estereográfica Polar (UPS). Las coordenadas se miden en metros. En el sistema de coordenadas UTM, la referenciación de un punto se da a partir de: 1. Zona a la que pertenece. 2. Coordenada X. 3. Coordenada Y. La Zona UTM. La red UTM esta dividida en zonas geográficas o cuadriláteros de 6° de longitud y 8° de latitud. Los límites Norte y Sur de estas zonas conforman 60 zonas de la red UTM. La posición este-oeste corresponde a la zona 1 (180° a 174°W) y aumenta hacia el este hasta la zona 60 (174° a 180°E). Las franjas horizontales de 8° de amplitud se asignan por letras, iniciando con la C (80° a 72°S) y terminando con la X, en los 84°N. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 47 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Zonas UTM para México. Basada en Zepeda (2005) La coordenada X, se mide a partir del Meridiano Central (M.C.) de cada zona UTM, hacia el este del M.C., los valores de X son mayores a 500,000 metros, y hacia el oeste del M.C., los valores son menores a 500,000 metros. Esto quiere decir que hay 60 sitios en la Tierra, que tienen coordenadas X UTM similares por lo que es necesario indicar la zona UTM. La coordenada Y, se mide en metros a partir del Ecuador, a partir de 0 hacia el norte. El valor de origen está en el Ecuador y corresponde a 10,000, 000 metros, pero hacia el sur se restan. Las coordenadas UTM son las más utilizadas para la introducción de la información de los SIG, por lo que es necesario recordar que se manejan unidades de longitud, es decir las coordenadas están dadas en metros. 1.4. Elementos cartográficos Los elementos cartográficos se pueden observar en un mapa, ya que éste es la representación gráfica del espacio geográfico, en un modelo reducido y a escala, que establece una correspondencia matemática y continua entre los distintos puntos de la superficie terrestre y los del plano (Harvey, 2008). Los elementos cartográficos tienen la función de simplificar la realidad a través de la reducción de la imagen real a los parámetros del mapa, pues exige una selección y abstracción de los rasgos que se desean representar. Los elementos cartográficos se describen con detalle más adelante. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 48 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 1.4.1. Introducción a la cartografía A principios del siglo XX, el desarrollo de la cartografía se basó en el análisis de fotografías aéreas que mediante la técnica de fotogrametría (tratamiento de fotografías aéreas) y se establece un parteaguas en la cartografía, ya que se definen dos ramas: Cartografía general, que se encarga de elaborar los mapas topográficos, de navegación aérea, marítima, etc. Cartografía temática, esta rama se enfoca a desarrollar los mapas temáticos cualitativos y cuantitativos, denominados como mapas coropleticos que son mapas con áreas del mismo valor pero separadas por límites (Harvey, 2008). Un ejemplo de estos mapas son aquellos que muestran datos de población, uso de suelo, tipos de vegetación, etc. En la siguiente figura se muestra un mapa temático coroplético del Valle de Toluca. Mapa temático de la zona metropolitana del Valle de Toluca. Estrada González et al. (1994) El uso del equipo de cómputo como una herramienta en la cartografía permitió automatizar una serie de procesos que requerían tiempo y esfuerzo humano, por ejemplo, al hacer los cálculos matemáticos para cambiar de una proyección cartográfica a otra. Es importante mencionar que con la cartografía automatizada cambió la metodología para la elaboración de mapas, pero no los procesos. Los cartógrafos tuvieron que manejar los programas de dibujo automatizado (Auto Cad) para construir el mapa base, así como Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 49 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica la compilación de datos geográficos que muestran cambios rápidos en poco tiempo, por ejemplo el uso de suelo. Los sistemas de información geográfica y vinieron a revolucionar la planeación eficiente y rápida a través del análisis espacial. Por lo tanto, en el manejo de los SIG, la cartografía es una de las disciplinas más importantes por que es la que desarrolla los métodos matemáticos y geodésicos necesarios para representar en un plano la superficie terrestre sobre un mapa. 1.4.2. Tipos de mapas En la elaboración cartográfica se utilizan dos tipos de mapas: Los mapas generales y los específicos o temáticos. Mapas Topográficos. Son mapas generales que sirven para hacer la consulta básica. Se construyen a partir de técnicas fotogramétricas aplicadas sobre las fotografías aéreas, información geodésica y verificación de campo. Mapas temáticos o específicos. Este tipo de mapas representa detalladamente uno o varios elementos geográficos de una localidad, municipio, estado o país. Los mapas temáticos representan información específica por ejemplo en la geología, uso de suelo, población total, actividades económicas (actividades primarias, secundarias y terciarias), etcétera. En los siguientes subtemas los observarás más a detalle y conocerás sus principales características de los mismos. 1.4.3. Mapas topográficos Los mapas topográficos son un producto cartográfico que integra información de orografía (forma del terreno), hidrografía, infraestructura, y poblaciones. La carta topográfica representa las características orográficas, utilizando curvas de nivel (líneas en color sepia), que representan puntos de igual altura sobre el nivel promedio del mar, con intervalos o equidistancias de 10, 20 y 40 metros. En la siguiente figura se muestran las curvas de nivel en plano y en superficie. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 50 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Curvas de nivel. Tomado de Olmo Pntic (2007) Esta carta incluye información hidrológica, en color azul, identificando cuerpos como corrientes de agua, permanentes (corrientes permanentes) e intermitentes (corrientes temporales). La vegetación se representa en tonos verdes que identifican vegetación densa y áreas de cultivo. A través del sombreado del modelo digital de elevación (color gris de la imagen) se complementa la representación del relieve superficial. También se representan obras civiles, como son: vías de comunicación aéreas, marítimas, terrestres, así como construcciones tales como escuelas, hospitales, templos, aeropuertos, puentes, túneles, presas, bordos, cementerios, muelles, faros, puntos geodésicos y límites internacionales; además se incluyen localidades rurales y urbanas que se identifican por su nombre y se asocian a un rango de población. El mapa topográfico permite hacer el primer acercamiento del análisis espacial. En la figura siguiente se representan las características del medio físico a través de colores, líneas, áreas símbolos y textos, estos elementos se integran en la tira marginal del mapa que se encuentra en el extremo derecho. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 51 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Mapa topográfico. Tomado de INEGI (2011) Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 52 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica El mapa topográfico por lo general es el primer apoyo cartográfico para proyectos de planeación a nivel local, municipal, estatal o nacional y sobre todo es la base cartográfica para la generación de mapas temáticos. 1.4.4. Mapas temáticos: geológico, edafológico, clima, vegetación y uso del suelo En el análisis ambiental es necesario identificar elementos físicos (geología, suelos, clima, vegetación y uso de suelo) de la superficie para identificar su distribución y estado actual para llevar a cabo el análisis del medio ambiente y proponer estrategias de manejo, conservación o restauración ecológica. A continuación se darán a conocer las características de los principales mapas temáticos que se utilizan para el análisis ambiental Mapa geológico Este mapa muestra los afloramientos (exposición sobre superficie) del material rocoso de un área y su distribución, edad de las rocas y estructuras geológicas (fallas, plegamientos) del área. En este tipo de mapa se encuentra información cualitativa (litología), distribución del tipo de roca superficial y/o cuantitativa (edad cronoestratigráfica, edad de formación de la roca). De acuerdo a la escala del mapa la información geológica también puede indica la existencia de minerales metálicos y no metálicos que se explotan económicamente. El mapa geológico es útil para la exploración minera, petrolera y de aguas subterráneas, estudios hidrogeológicos, mineros, hidrocarburos, explotación de minerales y rocas, construcción de obras civiles, planeación, ordenamiento territorial e investigación. es muy útil porque permite planificar y organizar el trabajo de campo porque permite tener un conocimiento previo de la zona en estudio. En la siguiente figura se muestra la información geológica elemental que debe contener un mapa geológico. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 53 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Mapa geológico de Comala, Colima, escala. 1:50 000. Tomado de Servicio Geológico Mexicano (2012) Mapas edafológicos Los mapas de suelos sintetizan de manera gráfica las características morfológicas, físicas y químicas de los suelos. Estos mapas contienen la distribución de las unidades de suelos generalizados o detallados dependiendo de la escala a la que se está representando la información. También se encuentra información sobre la textura superficial dominante y las limitantes químicas (sodio, sal, etc.) o físicas (pedregosidad, roca, tepetate) que afectan el uso y manejo del suelo. Estos mapas son un apoyo para la planeación y ejecución de acciones encaminadas al uso óptimo de los recursos naturales, marco de referencia para la degradación ambiental y la prevención de desastres ecológicos, debido a la sobreexplotación o uso inadecuado del suelo. En la siguiente figura se observa la distribución espacial de los suelos. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 54 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Mapa edafológico. Tomado de INEGI (2011) Mapas climáticos En este tipo de mapas se representan elementos climáticos como son: la temperatura que se representa en forma de isotermas (líneas que unen los puntos con la misma temperatura en un lugar determinado); la precipitación que se representa con isoyetas (líneas que unen los puntos que tienen una precipitación igual); la presión del aire se representa sobre los mapas mediante las isobaras (líneas que unen puntos con la misma presión de un lugar). Existen mapas que muestran la circulación de los vientos, dirección y velocidad. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 55 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Mapa climático global. Basado en Natural resources Canada, (2003) Mapa de vegetación y uso de suelo La cobertura de la vegetación y uso del suelo son dos elementos básicos para el estudio de los recursos naturales. La cobertura es un indicador que cambia constantemente así como el uso del suelo afectando a sistemas globales como: atmósfera, clima y nivel del mar. Los cambios en la cobertura son dinámicos y arrojan toman como referencia para algunas aplicaciones en la elaboración de diagnósticos ambientales, monitoreo ambiental, evaluación del cambio climático y procesos de desertificación, etcétera. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 56 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica INEGI (2009) maneja tres grupos de información de vegetación y uso del suelo de acuerdo a sus afinidades y similitud de usos: • Información ecológica florística fisonómica: incluye agrupaciones de comunidades vegetales de acuerdo a las afinidades ecológicas y florísticas. En La siguiente figura se muestran los métodos para recavar la información temática de vegetación. • Información agrícola pecuaria forestal: presenta información de las áreas en las que ha sido sustituida la cobertura vegetal por actividades agropecuarias, así como zonas donde se lleva a cabo la explotación forestal. • Información complementaria: incluye información derivada de la información topográfica y que refuerzan directa o indirectamente la información de uso del suelo y vegetación. Para saber más sobre las características de un mapa geológico consulta la página del servicio geológico mexicano e INEGI en donde encontrarás las hojas geológicas del país y así puedas profundizar sobre el tema mapas geológicos, la liga se encuentra en la sección Para saber más de este documento. 1.4.5. Elementos del mapa Los elementos de un mapa desde el punto de vista cartográfico son: escala, leyenda, coordenadas, título, autores, orientación y fecha de elaboración (Harvey, 2008). Escala. La escala es uno de los elementos más importantes en la elaboración de un mapa porque es la relación numérica que hay entre la distancia que separa dos puntos del mapa y la correspondiente en el terreno. En los mapas se representa por una fracción cuyo numerador es la unidad y el denominador el número por el que se ha de multiplicar una distancia cualquiera del mapa para obtener la distancia real. Por ejemplo la escala 1:250 000 representa que una unidad medida en el mapa (1 cm) representa 250 000 unidades sobre la superficie terrestre. Kilómetros. Tomado de INEGI (2012) Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 57 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica En esta figura se representa la distancia en el terreno sobre una línea recta graduada. Esta escala se usa siempre que el mapa se reduce por métodos fotomecánicos (reducción, ampliación). Las escalas se pueden escribir en forma de fracción donde el numerador indica el valor del plano y el denominador el valor de la realidad. Por ejemplo, 1:1, 1:10, 1:500. Con la escala se puede calcular la distancia real, para ello, se debe medir la distancia en el mapa y multiplicarla por la escala. Para pasar de la distancia real a la representación sobre el mapa se debe dividir por la escala. Considera que siempre se deben manejar las unidades en las que hayan tomado las medidas. Leyenda del mapa. Es la explicación del sistema de símbolos que contiene el mapa. Muchos de éstos ya son símbolos aceptados a nivel general y resultan fácilmente identificables y se conocen como signos convencionales, por ejemplo, las ciudades y los pueblos se señalan con puntos o superficies sombreadas, los ríos son líneas continuas y se imprimen en azul, las curvas de nivel son líneas en color sepia, los límites municipales, estatales o nacionales se representan a través de franjas de colores o líneas discontinuas. Coordenadas geográficas. Las coordenadas permiten localizar un elemento en el mapa es necesario referirse a las coordenadas geográficas del mismo. La localización de un punto en el mapa se da con precisión en medidas angulares: grados, minutos y segundos de latitud y longitud. Título. El título o encabezado proporciona una breve descripción del mapa. Autores. Se debe proporcionar el nombre de la institución, del grupo o individuo responsable de crear el mapa. Orientación. Los mapas deben indicar el norte verdadero, con frecuencia se representa una rosa de los vientos u otro elemento que señala el polo magnético. Fecha de elaboración. La fecha indica cuando fue elaborado el mapa y también ayuda al lector a conocer la fecha de la recaudación de los datos. Recuerda que los elementos cartográficos representan la información básica que siempre debe contener un mapa. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 58 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Mapa topográfico que contiene todos los elementos cartográficos. Tomado de INEGI (2011) Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 59 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Actividad 4. Tipos de mapas Ahora que has estudiado el tema de los elementos cartográficos, los subtemas de tipos de mapas y elementos del mapa realizarás esta actividad que te permitirá diferenciar los tipos de mapas e identificar los elementos cartográficos, para ello deberás realizar lo siguiente: 1. Consulta un ordenamiento territorial mediante diferentes tipos de mapas que te indique tu Facilitador(a) de la página de SEMARNAT o bien de la página del gobierno de Tlaxcala. 2. Elabora un reporte en donde incluyas los diferentes de tipos de mapas de ordenamiento territorial, esto lo podrás hacer mediante una tabla comparativa. 3. Compara los diferentes tipos de mapas, para ello, incrusta los diferentes tipos de mapas en diferentes columnas. 4. Posteriormente identifica y describe los elementos cartográficos en los distintos tipos de mapas en las columnas correspondientes. Las características de esta tabla deberán ser: Columna 1: Tipo de mapa. Columna 2: Elementos cartográficos que utilizan en el diseño de los mapas. 5. Guarda tu reporte con la nomenclatura SIG_U1_A4_XXYZ y envíalo a la sección de Tareas. 6. Espera la retroalimentación de tu Facilitador(a). 7. Incluye sus comentarios y vuélvelo a subir para que te sea evaluado. *No olvides que puedes consultar a tu Facilitador(a) y compañeros(as) si te surgen dudas en cómo elaborar esta actividad, a través del foro Dudas y consultas en el SIG 1.4.5. Sobreposición cartográfica La sobreposición de mapas es una de las primeras funciones principales de los SIG (Harvey 2008). Por los años 90 se llevaban a cabo superposiciones de mapas raster, se utilizaba papel transparente, se dividía en celdas y se dibujaban los mapas. Estos mapas se sobreponen físicamente unos sobre otros para marcar los atributos correspondientes a zonas comunes en los diferentes mapas o para identificar variaciones en un tiempo de un fenómeno determinado, por ejemplo, erosión, crecimiento urbano, deforestación. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 60 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Ahora con los SIG raster pueden llevarse a cabo estas sobreposiciones de manera inmediata y con un gran número de mapas. La superposición de mapas a través de los SIG realiza operaciones algebraicas como son: sumas, restas, multiplicaciones; así como operaciones lógicas (AND; OR; NOT) entre los valores de los píxeles de cada mapa, operaciones que se realizan en un tiempo reducido a través del SIG. La superposición o sobreposición de mapas requiere tener el mismo sistema de referencia y la resolución de cada uno de los mapas debe ser la misma. Tal como se aprecia en la siguiente imagen del programa gvSIG, en donde se despliega la información del uso del suelo y vegetación y los límites de los predios. Sobreposición de mapas. 1.5. Los Software para SIG Los programas de sistema de información geográfica tiene la capacidad de almacenar, acceder, analizar, representar cartográficamente la información geográfica. Los SIG disponen de herramientas de entrada, manipulación y salida de la información geográfica (Backhoff Pohls, 2005). Los software de SIG, soportan herramientas para realizar consultas espaciales y estadísticas; procesamiento de imágenes, tienen una interfaz gráfica (GUI) para el acceso Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 61 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica a las herramientas por el usuario, permiten la elaboración de mapas, transformación de coordenadas, visualización tridimensional (Backhoff Pohls, 2005). En la siguiente tabla se presentan algunos de los programas de SIG. Software ArcInfo Desarrollador Environmental Systems Research Institute (ESRI) ArcView Enviromental Systems Research Institute (ESRI) Genasys Genasys Inc. GeoMedia y Modular GIS Environment (MGE) Intergraph Corp. Mapinfo Mapinfo Inc. Erdas Imagine Erdas Inc. EASI/PACE PCI Remote Sensing Corp. Funcionalidad Características principales Alta Modular, con facilidades para desarrolladores de sistemas y usuarios de nivel profesional. Construcción de topología. Manejo de grandes volúmenes de datos. Manejo de información en formato vectorial y raster. Interfaz gráfica. Alta Modular, Manejo de grandes volúmenes de datos. Manejo de Información en formato vectorial y raster Interfaz gráfica muy amigable. Alta Plataforma para servicios de localización con terminales móviles. Modular. Manejo de grandes volúmenes de datos en formato vectorial y raster. Aceptable Interfaz gráfica. Alta Modular. Manejo de grandes volúmenes de datos. Manejo de información en formato vectorial y raster. Buena Interfaz gráfica. Medio Usado en aplicaciones urbanas para estadística demográfica. Buena Interfaz Gráfica. Alta Modular. Es un SIG Raster usado en procesamiento de imágenes de satélite y radar. Integra datos vectoriales en formato nativo Arc Info. Alta Modular. Es un SIG Raster usado en procesamiento de imágenes de Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 62 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica ILWIS Idrisi GRASS International Institute for Aerospace Survey and Earth Sciences, ITC. Escuela de Geografía de la Universidad de Clark Armada de Estados Unidos. Medio satélite y radar. Manejo de Información raster. Permite digitalización y cálculo de áreas. Bajo SIG Raster usado para educación e investigación en sensores remotos. Bajo SIG Raster. Fue desarrollado para cumplir funciones muy específicas. Programas de SIG. Tomado de Backhoff Pohls (2005) 1.5.1. Principales software para SIG En esta sección se darán las características y aplicaciones de los principales software que se utilizan sobre todo para el análisis ambiental. Sistema de Información Geográfica Profesional (Professional GIS). El término profesional se refiere al potencial de esta clase de software, este tipo de programa permiten el acopio, edición, administración de la base de datos, análisis espacial, geoprocesamiento. El ArcGIS y Smallworld son un ejemplo de este tipo de programas. (Longley, et al., 2011). Sistema de Información Geográfica de Escritorio (Desktop GIS). También son llamados desktop mapping system, es el más ampliamente usado en esta categoría de software, cuenta con excelentes herramientas para hacer mapas, reportes y gráficas. En este tipo de programas se pueden integrar otras aplicaciones específicas como análisis y visualización espacial, modelos de cálculo, datos como: sonido, video, fotografías. Este tipo de programa actualmente se utiliza para la gestión pública, departamentos de mercadeo, ventas, distribución y reparto, telecomunicaciones, propiedad inmobiliaria, seguros, servicios de urgencia—bomberos, policía, salud, planeación (Longley, et al. 2011). El software de escritorio de SIG puede registrar y sobreponer imágenes de tipo raster a datos vectoriales, con lo que es posible la digitalización de la información geográfica en pantalla. Cuenta con su propio lenguaje de programación y personalización de aplicaciones. Algunos ejemplos son: Autodesk Map, ESRI ArcView, Intergraph GeoMedia, Idrisi, MapInfo profesional. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 63 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Sistema de Información Geográfica Portátil (Hand-Held GIS). Este tipo de software se emplea en computadoras de bolsillo, tipo palm y pocket PC, realizan funciones de despliegue, consultas y aplicaciones analíticas simples. Algunos pueden vincularse operativamente con un receptor GPS, como el ArcPady, el Mobilemapper para el registro directo en campo de datos georreferenciados, en el ambiente de un SIG. Biblioteca para desarrollo (Component GIS). Son programas que reúnen una colección relacionada a componentes o algoritmos del SIG que un programador puede usar para construir un sistema completo personalizado y especializada, que pueden instalarse individualmente o ensamblarse con otros sistemas can capacidad para el despliegue y consulta de datos. Ejemplo de ellos son: MapObjetcs de ESRI, MapInfo MapX y Blue Marble Geographics GeoObjects (Longley, et al. 2010). Explorador o visualizador. Son programas gratuitos con capacidad para visualización o exploración, desplegar y consultar información geográfica en formatos de archivos comunes. Algunos ejemplos son: Arc-Explorer de ESRI, GeoMedia de Intergraph, Viewer y ProViewer de MapInfo (Longley, et al. 2011). SIG en Internet. Son programas con alto potencial de usuarios y bajos costos. Este tipo de Software de SIG está integrado por browsers y servidores web, y utiliza el protocolo de transmisión de hipertexto (http) para comunicarse. Ejemplo de este programa son: Autodesk Map- Guide, ESRI ArcIMS, Intergraph GeoMedia WebMap y MapInfo MapXtreme (Longley, et al. 2011). A continuación consultarás otros programas con funciones tipo SIG, éstos son: SIG con base en CAD. A este tipo de programa se les han agregado algunas capacidades de SIG, como manejo de bases de datos, análisis espacial y cartografía. Los principales usuarios se encuentren en campos como la arquitectura, la ingeniería y la construcción. Ejemplo de este tipo de programa son: Autodesk Map y Arc-CAD de ESRI. Servidores de bases de datos geográficos. Este tipo de programa sirve para administrar y facilitar el acceso de múltiples usuarios a grandes bases de datos geográficos en un servidor, con un buen nivel de ejecución de aplicaciones simultáneas, y control sobre la edición y actualización de la información. Algunos ejemplos de este software son: ArcSDE de ESRI, Autodesk Vision y MapInfo SpatialWare (Longley, et al. 2011). Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 64 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 1.5.2. Aplicaciones de los SIG Los sistemas de información geográfica están siendo usados en tiempo real por un sinnúmero de usuarios, de todas las disciplinas. Actualmente se están generando mapas como herramientas útiles para la toma de decisiones y para el desarrollo de análisis. A continuación se enlistan algunas de éstas aplicaciones. Disciplina Agricultura Forestal Geología de cuevas Gobierno federal Ingeniería de tuberías Manejo del agua y del drenaje Marina Aplicaciones Establecimiento de sistemas de agricultura de precisión desarrollando análisis agronómicos específicos para cada sitio. También permite evaluar las características geográficas del paisaje permitiendo mejorar la productividad y las ganancias. El manejo forestal en este mundo cambiante es una tarea cada vez más demandante y compleja por lo que los forestales se apoyan en los SIGS para desarrollar análisis que permitan mejorar la toma de decisiones. El SIG les permite entender a grandes rasgos los recursos naturales y les permite desarrollar estrategias de abasto a largo plazo, predecir el resultado de operaciones silviculturales y evaluar opciones de cosecha, entre otras. Estudio de los elementos y sus interacciones con el medio. Se han hecho estudios y modelos de elevación, inventario y escenarios tridimensionales de cuevas. Censos, desarrollo urbano, y muchas agencias nacionales reducen costos y funcionan apoyándose en SIG. La competencia y la regulación han obligado a los operadores de las tuberías de gas a ser más eficientes y seguros, por lo que requieren información relacionada con la ubicación tanto de riesgos como de servicios. Las tecnologías SIG se han aplicado para integrar una variedad de información y aplicaciones en un sistema de manejo, habiendo desarrollado utilidades automatizadas para la cartografía y manejo de servicios, así como para la automatización e integración de la información en los procesos. Análisis y mapas de la superficie marina permitiendo a investigadores y organizaciones aplicarlo en oceanografía, hidrografía, navegación, defensa, servicios costeros, batimetría. Mapeo de la superficie marina, seguimiento de la ruta de ballenas, conservación de especies, áreas protegidas, desarrollo de nueva cartografía náutica tridimensional. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 65 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Minería y ciencias de la tierra Petróleo Protección y riesgos Recursos naturales Seguros Servicios humanos y de salud SIG y desarrollo sustentable Transporte Crear oportunidades de eficiencia y productividad ya que permite a los ingenieros, geólogos y mineros extraer los recursos de manera inteligente, eficiente, segura y adecuada ambientalmente al crear mapas de las operaciones en tiempo y espacio. También permite adquirir, desarrollar e interpretar las complejas bases de datos espaciales usadas en la minería y las ciencias de la tierra. Donde excavar, donde trazar una nueva tubería, establecer una refinería han sido las decisiones que han requerido de las ciencias de la información geográfica. Integración y acceso a información para la planeación efectiva en los casos de respuesta ante emergencia, prioridades de mitigación, análisis de eventos históricos, y predicciones. También permite el diseño de tácticas en respuesta a emergencias. En un tiempo en que los recursos naturales se encuentran sujetos a una explotación sin precedentes, los SIG apoyan la toma de decisiones cruciales, ya que provee el marco para el análisis y discusión de asuntos relativos a su manejo. También ha permitido estudiar los efectos del calentamiento global; tales como el incremento de los niveles del mar en la costa y el derretimiento de glaciares en los Himalayas. Visualizar, analizar y distribuir el riesgo. Estudio de las epidemias, ubicación de los hospitales, evaluar los efectos de los contaminantes sobre la salud, distribución de recursos entre instalaciones, dónde ubicar nuevos hospitales. Se considera que los sistemas de información geográfica son uno de los marcos para el desarrollo sustentable; es decir el crecimiento y el bienestar de la población en equilibrio con el potencial del ambiente. También ha permitido a la comunidad global entender el impacto de las formas actuales de desarrollo sobre los recursos naturales, los ambientes y la biodiversidad. Los SIG nos han permitido comprender nuestros impactos y limitantes, entender nuestros patrones de cambio, entender mejor los recursos que usamos, e identificar los cambios geográficos inducidos por nuestras actividades, para cuestionarnos ¿Es posible que la tierra continúe manteniendo nuestras formas de vida y el desarrollo como lo conocemos actualmente? Los SIG apoyan tres de las actividades básicas en la industria del transporte: Manejo de infraestructura, logística y manejo de fletes, y manejo de tránsito. Mediante el SIG se integran mapas para el soporte de decisiones para la planificación y análisis de rutas, seguimiento de rutas, inventario y más. Aplicaciones de los SIGs. Basado en ESRI (1992) Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 66 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Para profundizar más acerca de la aplicaciones de los sistemas de información geográfica consulta el articulo Geography matters, ESRI White paper, (1992). Este artículo lo podrás encontrar en la sección Para saber más. 1.5.3. Software libre En el ámbito de los SIG la necesidad de contar con programas menos costosos fue aumentando y a partir 1984, es entonces que se lanza por primera vez el software libre bajo las siguientes consideraciones: Libertad para ejecutar el programa para cualquier propósito. Libertad para estudiar cómo funciona el programa y adaptarlo a cualquier necesidad. Libertad para redistribuir copias y compartirlas con la comunidad. Libertad para mejorar el programa y compartir dichas mejoras con el público de manera que la comunidad se pueda beneficiar de ellas. Existen varios programas que se han creado con esta filosofía. A continuación se mencionan algunos softwares y sus características principales. Software Desarrollado Aplicación Sitio de consulta GRASS GIS (Geographic Resources Analysis Support System) Open Jump laboratorio de investigación del ejército de Estados Unidos (USA-CERL) Gestión del territorio. Gestión medioambiental. http://grass.itc.it/ Ministerio de Recursos Naturales de la Columbia Británica (Canadá) Generalitat Valenciana, España Conexión a servidores de cartografía WMS. Herramienta para edición y modificación de datos vectoriales. Herramientas de geoprocesamiento (zonas de influencia, uniones, etc). Manejo de información vector y raster. Acceso a servidores de mapas. Acceso a bases de datos y tablas. Geoprocesamientto rea de influencia, recortar, disolver, juntar, envolvente convexa, intersección, diferencia, unión, enlace espacial, translación 2D, http://www.jumpproject.org/ gvSIG Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental http://www.gvsig.org/web/ 67 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Quantum GIS Fundacion OSGeo SAGA (System for Automated Geoscientific Analyses). uDIG Instituto Geográfico de Göttingen (Alemania) ILWIS Integrated Land and Water Information System desarrollado y distribuido por ITC Enschede (International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation Refracctions (creadores de PostGIS) reproyección (sólo vectorial), geoprocesos Sextante. Soporte para edición PostGIS. Conexión con GRASS. Edición topológica. Manejo de archivos vectoriales Shapefile, ArcInfo coverages, Mapinfo, GRASS GIS. Orientados a la información vectorial. Tratamiento de datos matriciales. Es similar al IDRISI o al módulo Spatial Analyst de ESRI. Manejo y manipulación de datos espaciales y Geotools como librería para la entrada y salida de datos. Está basado en los parámetros del OGC (Open Geospatial Consortium). Conexión a servidores WFS (Web Feature Service) o acceso mapas (WMS). Permite el manejo de información geográfica vectorial y raster. Digitalización, edición, análisis y representación de geodatos (datos referenciados por coordenadas) así como la producción de mapas de calidad. http://hub.qgis.org http://www.sagagis.org/en/index.html http://sig.cea.es/udig http://ilwis.wikispaces.com/ SIGs y sus características A continuación se muestran dos tablas con algunos softwares libres y los formatos de salida y de entrada compatibles para cada uno de ellos, con el propósito de que sirva de guía, con la finalidad de realizar una evaluación del software libre que esta disponible para el análisis espacial de la información geográfica y así obtener el diagnóstico ambiental. Ya que este tipo de software ha sido desarrollados para satisfacer algunas necesidades por parte de los desarrolladores. Software Formato de salida SHP Quantum JUMP Kosmo SAGA SEXANTE GvSIG uDIG GIS X X X Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 68 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica DXF X PostGIS X GML X X X X X X X TIFF X X GIFF X X PCX X X BMP X X X X JPG X JPEG PNG X X X X XLS OTHER X DATABASE X Formatos de salida de algunos software libre. Basado en Gilavert Margalef y Piug Polo (2008 Software JUMP Kosmo SAGA SEXANTE GvSIG uDIG Quantum GIS Formato de entrada X DNG X X X DWG X DXF SHP X FME GML X JUMP GML X X X X X Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental X X X X X X 69 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica GML/XML X X MIF TXT WKT X X X X X X X X DBF X MDB X X X CVS X TAB ESRI E00 X X Gstat shapes X X XYZ shapes X X X X X X JPG X X X X X JPEG X X X X X SID X X X PNG X X X TIFF X from database X GIF X X X X X X X X X X X X X IMG BMP X ECW X DGM X X X X X X ASC X DDF Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 70 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica DTO X DEM X AIR GRASS X Using GRASS X Using WFS X Using WMS X X X Using WCS X Using ArcIMS X X Others X X X X X Formatos de entrada. Basado en Gilavert Margalef y Piug Polo (2008) En esta tabla encontrarás los formatos de entrada compatibles que se muestran en la primer columna para los software libres que se mencionan en el primer renglón. Para el desarrollo de la asignatura utilizarás el software libre gvSIG , para que puedas instalarlo en tu computadora y empaparte en el uso de este software libre, consulta el documento Instrucciones de instalación del software gvSIG que se encuentra en el aula. Autoevaluación Es momento de reforzar los conocimientos relacionados con las temáticas que pudiste abordar en esta primera unidad, por lo tanto es importante que resuelvas el ejercicio de Autoevaluación, éste lo podrás encontrar dentro del aula virtual. Para realizarlo, lee y responde a las preguntas que se encuentran en el aula. Evidencia de aprendizaje. Visualización conjunta de la información cartográfica Los términos geográficos, cartográficos, las bases de datos son la información esencial para la utilización de los SIG. En esta actividad podrás identificar términos mencionados y discriminar los componentes de estos mismos SIG. Además podrás diferenciar los sistemas de proyección cartográfica, coordenadas, sistemas de referencia además de los tipos de mapas, es decir, podrás englobar todo lo visto a lo largo de esta unidad. Por lo cual deberá realizar lo siguiente: Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 71 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica 1. Tu Facilitador(a) te enviará un mapa de ordenamiento territorial, espéralo. 1. Elabora un reporte en el cual incluyas este mapa de ordenamiento territorial. 2. En él identifica cada elemento cartográfico y la representación de los datos geográficos. 3. Describe la función de cada elemento cartográfico del mapa. 4. Y por último, describe una conclusión en donde interpretes la información del mapa y definas sus aplicaciones. 5. Guarda y envía a tu Facilitador(a) con la nomenclatura SIG_U1_EA_XXYZ a la sección Portafolio de evidencias. 6. Espera la retroalimentación de tu Facilitador(a), e incluye los comentarios pertinentes en tu reporte. 7. Guárdalo y envíalo para que te sea evaluado. 8. Consulta la Escala de evaluación, con la finalidad de que puedas conocer los parámetros con los que te será evaluado. *Recuerda que puedes consultar a tus compañeros y Facilitador(a), en caso de que te surjan dudas al respecto mediante el foro Dudas y consultas en el SIG. Autorreflexión Además de enviar tu evidencia de aprendizaje, deberás realizar esta actividad de Autorreflexión, por lo tanto deberás realizar lo siguiente: 1. Ingresa al foro Preguntas de autorreflexión, ahí tu Facilitador(a) te expondrá las preguntas guía con las cuales elaborarás tu actividad. 2. Posteriormente, reflexiona sobre los cuestionamientos y elabora tu documento de autorreflexión. 3. Guarda tu archivo y súbelo mediante la herramienta de Autorreflexiones. *Recuerda que esta actividad tiene un valor del 10% de tu evaluación y que deberás realizar una por cada unidad con la finalidad de que obtengas el total de este valor de Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 72 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica evaluación. Para saber más 1. En el libro Transporte y espacio geográfico. Una Aproximación geoinformática del autor Backhoff Pohls te muestra las técnicas y principios y conceptos básicos de la disciplina de la geografía, así mismo te muestra los componentes de un SIG y su clasificación y estructura. También te muestra el sistema de posicionamiento global, sus definiciones conceptuales y principios operacionales, para ello podrás consultar la liga: http://books.google.com.mx/books?id=H0VxBirKbpsC&printsec=frontcover&dq=Transp orte+y+espacio+geogr%C3%A1fico.+Una+Aproximaci%C3%B3n+geoinform%C3%A1ti ca&hl=es&sa=X&ei=JFe-TekKIiA2gX189WvDw&ved=0CDAQ6AEwAA#v=onepage&q=Transporte%20y%20espac io%20geogr%C3%A1fico.%20Una%20Aproximaci%C3%B3n%20geoinform%C3%A1tic a&f=false 2. Para que puedas conocer y comprender aún más la terminología que se utiliza con los SIG, se te presenta el siguiente Glosario de términos usados en el trabajo con sistemas de información geográfica del autor Felicisimo. Para ello da clic en la siguiente liga: http://www6.uniovi.es/~feli/pdf/glosario.pdf 3. En esta página web podrás consultar los componentes que integran el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), además podrás consultar mapas sobre el tema de climas y fenómenos atmosféricos de la página de National Oceanic Atmospheric Administration (NOAA). Consulta la liga: http://www.ngs.noaa.gov/TOOLS/Nadcon/Nadcon.shtml 4. Para profundizar más en el tema de proyecciones cartesianas ingresa al sitio web Atlas Nacional de Canadá, en donde encontrarás mayor información sobre las proyecciones cartográficas, para ello consulta la liga: http://atlas.nrcan.gc.ca/site/english/learningresources/carto_corner/map_projections.ht ml 5. En los apuntes de Datum, encontrarás información acerca de éste, como por ejemplo su definición, su importancia, así como los tipos de datum que existen. Una vez que ya hayas ingresado a la página deberás dar clic en la liga DATUM que se encuentra en la parte inferior izquierda de la pantalla. Para ello ingresar a la página http://earthinfo.nga.mil/GandG/coordsys/datums/index.html 6. Para saber más sobre el tema de tipos de mapas, sus características y aplicaciones del mapa topográfico, ingresa a la página de INEGI, consulta la siguiente liga: http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/topografia/default.aspx Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 73 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Así mismo encontrarás en la misma página los mapas temáticos, en la sección de recursos naturales, para que lo consultes da clic en la siguiente liga: http://www.inegi.org.mx/geo/contenidos/recnat/default.aspx También podrás encontrar las hojas geológicas del país en el Servicio Geológico Nacional y podrás consultar los mapas geológicos de México, para ello deberás ingresar a la siguiente página: http://portaljsp.sgm.gob.mx/cartas_impresas/productos/cartas/cartas50/geologia50/num carta50.html 7. En este artículo de Geography matters, podrás encontrar el uso y aplicaciones de los sistemas de información geográfica en diferentes disciplinas. Para hacerlo consulta la liga: http://www.srnr.arizona.edu/rnr/rnr403/whitepapers/geomatte.pdf Cierre de la unidad En esta unidad pudiste conocer los elementos y fundamentos cartográficos, geográficos necesarios para el manejo de los Sistemas de Información Geográfica. También pudiste identificar y diferenciar los tipos de mapas y sus componentes principales, como por ejemplo los mapas temáticos, topográficos, geológicos, climáticos, etc. También lograste conocer qué es un sistema de base de datos, su diseño y elaboración, los tipos de base de datos como por ejemplo la base de datos relacional y la base de datos orientados a objetos. Así mismo, has podido conocer qué es una base datos geográficos y las base datos no-geográficos, sus principales características de las mismas. Así como los elementos cartográficos básicos de un mapa y sus características principales. Otro de los aspectos importantes en esta unidad es que pudiste revisar los softwares libres de los SIG, así como las aplicaciones que tienen cada uno de ellos y sus terminaciones de entrada y salida de la información. Con ello podrás consultar la siguiente unidad, la cuál te enseñará sobre el uso en especifico del software libre gvSIG y sus aplicaciones. Fuentes de consulta Bibliografía básica Backhoff Pohls, M. A. (2005). Transporte y espacio geográfico. México: UNAM. Bosque Sendra, J. (1992). Sistemas de Información Geográfica. Madrid. Rialp. Buzai, G. (2008). Sistemas de Información Geográfica y Cartografía temática. Métodos y técnicas para el trabajo en el aula. Argentina: Lugar Editorial. Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales | Tecnología Ambiental 74 Sistemas de información geográfica Unidad 1. Sistemas de Información Geográfica Christopherson R. W. (2007). Elemental geosystems. 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